CN102332819A - 控制转换器的控制器和方法及转换电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种转换电路以及控制转换器的控制器和方法。所述转换电路包括：转换器和控制器。转换器将输入电压转换为输出电压。控制器耦合于所述转换器，用于接收参考电压；当所述参考电压从第一电压值变化为第二电压值时，所述控制器产生具有恒定的第一转换速率的转换电压，所述控制器根据所述转换电压控制所述转换器，从而使得所述输出电压以恒定的第二转换速率从第三电压值转换为第四电压值。本发明中的转换电路使得流过转换器中的组件的电流保持在一个安全的范围内，从而提升转换电路的性能，延长转换电路的使用寿命。

Description

控制转换器的控制器和方法及转换电路
技术领域
本发明涉及一种控制转换器的控制器和方法以及转换电路。
背景技术
直流/直流转换器广泛应用于由直流电源(例如：电池)供电的电子设备，例如：手机和便携式电脑。这些电子设备通常包括多个子电路，每一个子电路需要与电池电压不同的驱动电压来驱动。此外，一些子电路需要不同的驱动电压，以工作于不同的工作模式。以子电路中的中央处理器(central processing unit，CPU)为例，当CPU执行指令时所需的驱动电压大于CPU处于空闲状态所需的驱动电压。
直流/直流转换器用于将电池电压转换为稳定直流电压，以驱动特定的子电路。图1所示为现有技术的转换电路100的结构图。转换电路100包括电池组110、降压转换器120和控制器130。电池组110提供输入电压VIN。降压转换器120包括开关122和124、电感126和电容128，并用于将输入电压VIN转换为输出电压VOUT。控制器130包括调节器132，用于接收表示期望电压值VDSR_1的参考电压VSET。例如，VDSR_1适合用来驱动耦合于降压转换器120的输出端的子电路140。调节器132还接收表示输出电压VOUT的反馈信号146。通过比较反馈信号146和参考电压VSET，调节器132提供开关控制信号142和144，以交替打开开关122和124。由此，输出电压VOUT的电压值保持等于期望电压值VDSR_1。
然而，当参考电压VSET变化为一个新的电压值时(该新的电压值表示期望电压值VDSR_2)，输出电压VOUT不会立即变化为VDSR_2。因为参考电压VSET不等于输出电压VOUT(例如：VOUT仍然等于VDSR_1)，控制器130中的保护组件134将此种情形视为异常状态(例如：过压或欠压状态)。由此，保护组件134产生表示该异常状态的终止信号138。据此，调节器132控制开关控制信号142和144，从而保持关断开关122并保持闭合开关124。此时，降压转换器120停止工作。
或者，控制器130中没有保护组件134，此时，控制器130通过调节存储于电感126和电容128中的能量将VOUT在相对短的时间内调节至VDSR_2，从而造成流经电感126和电容128的电流突然剧烈增加。结果，可能会损坏电子元器件(例如：电感126和电容128)，并缩短转换电路100的寿命。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于提供一种控制转换器的控制器和方法以及转换电路，能够提升转换电路的性能，延长转换电路的使用寿命。
本发明提供了一种转换电路。所述转换电路包括：转换器和控制器。转换器将输入电压转换为输出电压。控制器耦合于所述转换器，用于接收参考电压；当所述参考电压从第一电压值变化为第二电压值时，所述控制器产生具有恒定的第一转换速率的转换电压，所述控制器根据所述转换电压控制所述转换器，从而使得所述输出电压从第三电压值转换为第四电压值，且所述输出电压的所述转换具有恒定的第二转换速率。
本发明又提供了一种用于控制转换器的控制器。所述转换器将输入电压转换为输出电压。所述控制器包括斜坡电路和调节器。斜坡电路用于接收参考电压，当所述参考电压从第一电压值转换为第二电压值时，所述斜坡电路产生具有恒定的第一转换速率的转换电压。调节器耦合于所述斜坡电路，用于接收表示所述输出电压的反馈信号，并比较所述反馈信号和所述转换电压，还根据所述比较的结果控制所述转换器，从而使得所述输出电压从第三电压值转换为第四电压值，且所述输出电压的所述转换具有恒定的第二转换速率。
本发明还提供了一种控制转换器的方法。所述转换器将输入电压转换为输出电压。所述方法包括：接收参考电压；如果所述参考电压从第一电压值转换为第二电压值，则产生具有恒定的第一转换速率的转换电压；及根据所述转换电压控制所述转换器，从而使得所述输出电压从第三电压值转换为第四电压值，且所述输出电压的所述转换具有恒定的第二转换速率。
与现有技术相比，通过采用本发明的转换电路、控制器和方法，使得流过转换器的组件的电流保持在一个安全的范围内，从而提升转换电路的性能，延长转换电路的使用寿命。
附图说明
以下通过对本发明的一些实施例结合其附图的描述，可以进一步理解本发明的目的、具体结构特征和优点。
图1所示为现有技术的转换电路的结构图；
图2所示为根据本发明实施例的转换电路的结构图；
图3所示为根据本发明实施例的斜坡电路的结构图；
图4为根据本发明实施例的斜坡电路接收和产生信号的时序图；及
图5所示为根据本发明实施例的转换电路的工作流程图。
具体实施方式
以下将对本发明的实施例给出详细的参考。尽管本发明通过这些实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，本发明涵盖后附权利要求所定义的发明精神和发明范围内的所有替代物、变体和等同物。
本发明的实施例提供了一种转换电路。该转换电路包括转换器和控制器。转换器将输入电压转换为输出电压。控制器接收表示输出电压的期望值的参考电压。如果参考电压从第一电压值变化到第二电压值，控制器产生一个具有实质恒定的第一转换速率的转换电压。控制器根据转换电压控制转换器，从而使输出电压从第一期望值变化到第二期望值，且所述变化具有实质恒定的第二转换速率。
优点在于，输出电压可以从第一期望值逐渐变化至第二期望值，而不是突然变化。其结果是流过转换器中的组件的电流保持在一个安全的范围内，从而提升转换电路的性能，延长转换电路的使用寿命。
图2所示为根据本发明实施例的转换电路200的结构图。转换电路200包括电源210、转换器220、控制器230和负载250。电源210可以是产生输入电压VIN的电池组。转换器220将输入电压VIN变换成输出电压VOUT。在一个实施例中，输出电压VOUT的电压值与输入电压VIN不同，输出电压VOUT用于驱动负载250，比如计算机系统的子电路。控制器230产生一对开关控制信号242和244，以控制转换器220。比如，转换器220根据开关控制信号242和244调整输出电压VOUT。
在图2的实施例中，转换器220是降压转换器，包括一对开关222和224、电感226和电容228。开关222和224串联连接在电池组210和地之间。电感226耦合于开关222和224的共同端与电容228之间。正常工作时，开关控制信号242和244为互补的脉宽调制(pulse-width modulation，PWM)信号。在一个实施例中，开关222和224分别接收开关控制信号242和244，并且交替工作于开关闭合状态(比如开关222闭合且开关224断开)和开关断开状态(比如开关222断开且开关224闭合)。由此，根据开关闭合状态的持续时间TON与开关断开状态的持续时间TOFF之间的比值，来调整存储在电感226和电容228中的能量。因此，输出电压VOUT根据TON与TOFF的比例进行调整，如式(1)所示：
VOUT＝VIN*[TON/(TON+TOFF)]＝VIN*[1/(1+TOFF/TON)].       (1)
转换器220可以具有其他结构，比如升压转换器，升-降压转换器，反激式转换器或线性调节器，并不限于图2的实施例。
控制器230包括调节器232和斜坡电路236。斜坡电路236接收指示输出电压VOUT的期望值VDESIRE的参考电压VSET。比如，用户可根据由输出电压VOUT驱动的负载250的需求预设或编程设置参考电压VSET。在一个实施例中，负载250需要不同的驱动电压(例如：期望电压VDESIRE1和期望电压VDESIRE2)，以工作于不同的工作模式。举例说明，负载250可为计算机系统中的中央处理单元(central processing unit，CPU)。当CPU在第一工作模式下，比如空闲模式，参考电压VSET具有第一电压值VSET1，用以将输出电压VOUT设置为期望电压值VDESIRE1。当CPU切换到第二工作模式，比如执行指令，参考电压VSET变为第二电压值VSET2，用以将输出电压VOUT设置为期望电压值VDESIRE2。也就是说，参考电压VSET从第一电压值VSET1变化到第二电压值VSET2，用以将输出电压VOUT从VDESIRE1变换到VDESIRE2。
斜坡电路236根据参考电压VSET提供具有实质恒定的第一转换速率的转换电压VSLEW。在本发明的实施例中，术语“转换速率”表示一个特定信号的变化速率(不局限于变化速率的最大值)，比如电压变化率和电流变化率。此外，术语“实质恒定的转换速率”表示转换速率可能发生变化，只要该变化足够小，且该变化不影响转换器220中的电流保持在一个特定的安全范围内，该变化是允许的。更具体地说，在一个实施例中，当参考电压VSET等于第一电压值VSET1时，转换电压VSLEW等于VSLEW1。当参考电压VSET从VSET1变化到VSET2，转换电压VSLEW以第一转换速率从VSLEW1逐渐变化至VSLEW2。在一个实施例中，电压值VSLEW1与电压值VSET1成比例，并且电压值VSLEW2与电压值VSET2成比例。例如：如果比例因子为1，则VSLEW1＝VSET1且VSLEW2＝VSET2。参考电压VSET和转换电压VSLEW的操作将根据图3和图4做进一步的描述。
调节器232接收转换电压VSLEW，并据此控制转换器220，从而相应地调整输出电压VOUT。在一个实施例中，调节器232包括接收反馈信号246的VFB端口和接收转换电压VSLEW的SLEW端口，其中，反馈信号246表示输出电压VOUT。调节器232比较反馈信号246和转换电压VSLEW，然后根据比较的结果产生开关控制信号242和244，以调整输出电压VOUT。如果反馈信号246大于转换电压VSLEW，调节器232降低TON和TOFF的比值。根据式(1)，输出电压VOUT减小。同样地，如果反馈信号246小于转换电压VSLEW，调节器232增加TON和TOFF的比值，从而增大输出电压VOUT。因此，输出电压VOUT的波形跟随着转换电压VSLEW的波形。当转换电压VSLEW具有实质恒定的第一转换速率时，输出电压VOUT具有实质恒定的第二转换速率。在一个实施例中，第一转换速率正比于第二转换速率。比如，当比例因子为1时，第一转换速率等于第二转换速率。
优点在于，当参考电压VSET从VSET1突然变化为VSET2，控制器230并不是将输出电压VOUT从VDESIRE1突变到VDESIRE2。相反，输出电压VOUT跟随转换电压VSLEW(具有实质恒定的第一转换速率)，以恒定的第二转换速率从VDESIRE1渐变到VDESIRE2。比如，反馈信号246的电压正比于输出电压VOUT。调节器232调节输出电压VOUT，使其等于一个与VSLEW成比例的电压值。在这个实施例中，第一转换速率正比于第二转换速率。此时，流过转换器220的组件(比如电感226和电容228)的电流保持在一个安全的范围内，从而提升转换电路200的安全性能，延长转换电路200的使用寿命。
在一个实施例中，控制器230还包括保护组件234，用于保护转换电路200不受异常状态(如过压和欠压状态)的影响。更具体地说，保护组件234通过检测表示期望电压值VDESIRE的参考电压VSET和表示输出电压VOUT的反馈信号246来监测异常状态。如果VOUT大于VDESIRE，且VOUT和VDESIRE之间的差值(比如VOUT-VDESIRE)大于预设的过压阈值，保护组件234监测出过压状态。同样地，如果VOUT小于VDESIRE，且VOUT和VDESIRE之间的差值(比如VDESIRE-VOUT)大于预设的欠压阈值，保护组件234监测出欠压状态。
此外，当检测到转换电路200处于异常状态，保护组件234产生终止信号238来停止转换器220的工作。比如，一旦接收到了终止信号238，调节器232控制开关控制信号242和244，以保持开关222和224处于断开状态(比如开关222断开且开关224闭合)。因此，输出电压VOUT降到0伏特，转换器220停止工作。
斜坡电路236产生检测信号240，检测信号240表示VSET从VSET1变化到VSET2之后，输出电压VOUT是否正处于从VDESIRE1变化到VDESIRE2的过程中。优点在于，根据检测信号240，保护组件234停止执行终止转换器220的工作的功能。比如，检测信号240是一个数字信号。当检测信号240为数字1时(表示参考电压VSET从VSET1变化到VSET2之后，转换电压VSLEW正处于从VSLEW1变化到VSLEW2的过程中)，这时，即便VOUT大于VDESIRE且两者差值大于过压阈值(或者即便VOUT小于VDESIRE且两者差值大于欠压阈值)，保护组件234也不会关闭转换器220。因此，参考电压VSET的调整将不会导致终止转换器220的工作，从而提升了转换电路200的稳定性。
图3所示为根据本发明实施例的斜坡电路236的结构图。图3中与图2编号相同的部件具有类似的功能。图3将结合图2进行描述。在图3的实施例中，为方便说明，参考电压VSET等于期望电压值VDESIRE，转换电压VSLEW等于VDESIRE。然而，本发明并不局限于此；在其他的实施例中，参考电压VSET可以与期望电压值VDESIRE不同，例如：包括VSET与VDESIRE成比例且比例因子不为1的情况。假设VSET1＝VSLEW1＝VDESIRE1＝V1且VSET2＝VSLEW2＝VDESIRE2＝V2，其中，V1＞V2。参考电压VSET从V1降到V2，用以将输出电压VOUT从V1调整至V2；或者，参考电压VSET从V2增加到V1，用以将输出电压从V2调整至V1。
斜坡电路236包括电流生成器302、电容326和检测模块330。电流生成器302与电容326相连，用来检测参考电压VSET和转换电压VSLEW，并据此产生实质恒定的电流I1或I2。在本发明的实施例中，术语“实质恒定的电流”是指电流I1或I2可能会有一些变化，只要变化足够小，不影响流经转换器220内的电流保持在一个特定的安全范围内，这种变化是允许的。在一个实施例中，电流I1或I2流经电容326，以调整转换电压VSLEW。更具体地说，在一个实施例中，电流生成器302比较参考电压VSET和转换电压VSLEW。如果在VSET从V1降到V2(V1＞V2)之后，VSET小于VSLEW，电流生成器302则产生从电容326流至电流生成器302的电流I2，以使电容326放电。因此，电容326两端的转换电压VSLEW下降直到VSLEW等于V2。其中，转换电压VSLEW的变化速率(比如第一转换速率)是一个由电流I2决定的常数。如果在VSET从V2增加至V1之后，VSET大于VSLEW，电流生成器302产生从电流生成器302流至电容326的实质恒定的电流I1，为电容326充电。VSLEW上升直到VSLEW等于V1，其中，转换电压VSLEW的变化速率是一个由电流I1决定的常数。
在一个实施例中，电流生成器302包括控制电路305、电压源308和310、电阻320和晶体管322和324。控制电路305包括运算放大器304和306。晶体管322和324可以是但不局限于N型金属-氧化物半导体(N type metal-oxide semiconductor，NMOS)场效应晶体管。晶体管322、电阻320和晶体管324串联连接，构成电流I1或I2的电流通路L1。晶体管322与参考电压VSET的节点相连，且其栅极连接到运算放大器304的输出端。晶体管322根据栅源电压VGS1(比如，VGS1＝VGATE1-V_350)和漏源电压VDS1(比如，VDS1＝VSET-V_350)工作于线性区、截止区和饱和区，其中，V_350表示晶体管322和电阻320的共同节点350上的电压。
更具体地说，在一个实施例中，当VGS1大于晶体管的阈值电压VTRAN且VDS1小于VGS1和VTRAN之间的差值时(即，VGS1＞VTRAN且VDS1＜VGS1-VTRAN)，晶体管322进入线性区。在线性区中，晶体管322的操作类似于一个闭合的开关，用以将参考电压VSET耦合至节点350。当VGS1大于VTRAN且VDS1大于VGS1和VTRAN之间的差值时(即，VGS1＞VTRAN且VDS1＞VGS1-VTRAN)，晶体管322进入饱和区。在饱和区中，晶体管322的操作类似于一个放大器。晶体管322根据栅源电压VGS1决定流过晶体管322的电流，比如I1。当VGS1实质恒定时，电流I1也实质恒定。当VGS1小于VTRAN时(即，VGS1＜VTRAN)，晶体管322进入截止区。在截止区中，晶体管322的操作类似于一个断开的开关，用以断开电流通路L1。总之，晶体管322在线性区和饱和区都是导通的。
晶体管324与转换电压VSLEW的节点相连，且其栅极连接到运算放大器306的输出端口。晶体管324与晶体管322的工作类似。根据栅源电压VGS2(比如，VGS2＝VGATE2-V_352)和漏源电压VDS2(比如，VDS2＝VSLEW-V_352)，晶体管324工作在线性区、截止区和饱和区。其中，V_352表示晶体管324和电阻320的共同节点352的电压。
电阻320耦合于节点350和节点352之间，用以决定电流I1或I2。举例说明，当电路路径L1是导通的，例如：晶体管322和324工作在线性区或饱和区，如果电阻320两端的电压，比如V_350-V_352，保持实质恒定，那么I1或I2就是实质恒定的电流。如果V_350大于V_352，产生从电流生成器302流到电容326的电流I1。如果V_350小于V_352，产生从电容326流到电流生成器302的电流I2。
控制电路305通过控制栅极电压VGATE1和VGATE2以及控制节点电压V_350和V_352，来控制流经电流通路L1的电流I1或I2。运算放大器304的同相输入端通过电压源308耦合于节点352，运算放大器304的反相输入端耦合于节点350，运算放大器304的输出端耦合于晶体管322的栅极。运算放大器306的同相输入端通过电压源310耦合于节点350，运算放大器306的反相输入端耦合于节点352，运算放大器306的输出端耦合于晶体管324的栅极。
在一个实施例中，电压源308产生恒定的参考电压VOS1。由此，运算放大器304正相输入端电压V+和反相输入端电压V-之间的差值可由式(2)表示：
V+-V-＝V_352+VOS1-V_350.                           (2)
同样地，电压源310也产生一个恒定的参考电压VOS2。由此，运算放大器306正相输入端电压V+’和反相输入端电压V-‘的差值可由式(3)表示：
V+’-V-’＝V_350+VOS2-V_352.                       (3)
在一个实施例中，VOS1等于VOS2。
运算放大器304用来放大电压V+和电压V-之间的差值，以在运算放大器304的输出端提供输出电压VGATE1，其表达式为：
VGATE1＝(V+-V-)*A1＝(V_352+VOS1-V_350)*A1，        (4)
其中A1代表运算放大器304的增益。增益A1的值相对较大，比如A1大于百万。此外，耦合于运算放大器304反相输入端和输出端的晶体管322用作运算放大器304的负反馈电路。即运算放大器304和晶体管322构成一个负反馈环路。
更具体地说，在一个实施例中，根据式(4)，如果V+大于V-，相对较大的增益A1使得运算放大器304把输出电压VGATE1上拉至最大电压值VMAX。如果斜坡电路236的电源电压为5伏，VMAX大致等于5伏。如果V+等于V-，根据式(4)，VGATE1大致等于0伏特。然而，由于增益A1相对较大，当VGATE1在一个预设的虚短范围(virtual-short range)内变化时，运算放大器304具有虚短路特性，用以保持电压V+大约等于V-。如果电压V+小于电压V-，运算放大器304将输出电压VGATE1降低到最小电压值VMIN。
运算放大器306放大电压V+’和电压V-’之间的差值，并在其输出端提供输出电压VGATE2，其表达式为：
VGATE2＝(V+’-V-’)*A2＝(V_350+VOS2-V_352)*A2，           (5)
其中，A2表示运算放大器306的增益。此外，晶体管324耦合于运算放大器306的反相输入端和输出端之间，并作为运算放大器306的负反馈电路。运算放大器306根据电压V+’和电压V-’决定输出电压VGATE2。运算放大器306具有与运算放大器304相似的工作。电流生成器302的工作将在图4中做进一步的描述。电流生成器302还可以具有其他结构，并不限于图3的实施例。
检测模块330耦合于电流生成器302，用来检测参考电压VSET和转换电压VSLEW，并产生表示转换电压VSLEW是否根据设定的参考电压VSET做出相应变化的检测信号240。在一个实施例中，检测模块330包括一对比较器311和312及或门314。
检测模块330通过检测栅极电压VGATE1和VGATE2来检测参考电压VSET和转换电压VSLEW。在一个实施例中，比较器311的反相输入端接收运算放大器304输出的电压VGATE1，比较器311的正相输入端接收阈值电压VTH。另外，比较器312的反相输入端接收运算放大器306输出的电压VGATE2，比较器312的正相输入端接收阈值电压VTH。比较器311比较电压VGATE1和阈值电压VTH，并据此产生输出电压V_311。在图3的实施例中，如果VGATE1大于VTH，则输出电压V_311为数字0；如果VGATE1小于VTH，则输出电压V_311为数字1。相似地，当VGATE2大于VTH时，比较器312的输出电压V_312为数字0；当VGATE2小于VTH时，V_312为数字1。
或门314接收电压V_312和电压V_311，以产生检测信号240。更具体地说，在一个实施例中，如果电压V_312和电压V_311中至少一个为数字1时(即电压VGATE1和VGATE2中至少有一个低于阈值电压VTH时)，检测信号240为数字1。如果电压V_312和电压V_311均为数字0时(即电压VGATE1和VGATE2都高于阈值电压VTH时)，检测信号240为数字0。检测模块330的工作将在图4作进一步描述。检测模块330还可以具有其他结构，并不限于图3的实施例。
图4为根据本发明实施例的斜坡电路236接收和产生信号的时序图400。图4将结合图2和图3进行描述。在图4的实施例中，时序图400描述了参考电压VSET、运算放大器304的输出电压VGATE1、运算放大器306的输出电压VGATE2、转换电压VSLEW和检测信号240。
在时刻t1，参考电压VSET和转换电压VSLEW都等于V2。没有电流流过电流通路L1。节点350的电压V_350等于节点352的电压V_352。根据式(2)，电压V+等于电压V-加上参考电压VOS1的和，即V+＝V-+VOS1，也就是说，V+大于V-。运算放大器304将电压VGATE1增大到最大值VMAX。由于VMAX大致等于电源电压(比如5伏)，栅源电压VGS1大于晶体管阈值电压VTRAN且源漏电压VDS1小于VGS1减去VTRAN的差。于是，晶体管322进入线性区。在t1到t2的时间间隔中，晶体管322为一个闭合的开关，将参考电压VSET耦合至节点350。相似地，晶体管324的工作类似于闭合的开关，用于将转换电压VSLEW耦合至节点352。
如图4所示，电压VGATE1和VGATE2都大于阈值电压VTH。因此，在t1到t2的时间间隔中，检测信号240为数字0。
在时刻t2，参考电压VSET从V2跳变到V1，用于将输出电压VOUT从V2变化到V1。在参考电压VSET的变化初期，晶体管322和324类似于闭合的开关。因此，电压V_350等于V1，电压V_352等于V2。
假设V1和V2之间的差值大于VOS1，基于式(2)，电压V+小于电压V-。因此，运算放大器304将电压VGATE1下降到最小值VMIN。如果在时刻t2，栅源电压VGS1降到低于晶体管阈值电压VTRAN，晶体管322进入截止区，从而断开电流通路L1。此时，电压V_350等于V_352，运算放大器304的工作与t1到t2时间间隔中的操作相似，由此，运算放大器304增大电压VGATE1。换言之，VSET的变化导致VGATE1下降，此种变化使得由晶体管322和运算放大器304组成的负反馈环路增大VGATE1。因此，在时刻t2，负反馈环路进入了平衡状态。在平衡状态下，晶体管322工作在饱和区而非截止区，因此晶体管322导通。或者，VGATE1的最小值VMIN不足以使晶体管322进入截止区。比如，VMIN可以大于V_350，使得VGS1大于晶体管阈值电压VTRAN。同时，VMIN小于VSET，使得VGS1小于VDS1。因此，晶体管322进入了饱和区。在这两种情况下，晶体管322工作在饱和区，节点350的电压V_350不再等于参考电压VSET。运算放大器304根据其输出端的电压VGATE1调整V-。例如，如果VGATE1在预设的虚短范围之内变化，运算放大器304保持V+大约等于V-。
在时刻t2，根据等式(3)，电压V+’保持大于电压V-’。由此，电压VGATE2等于VMAX，且晶体管324工作在线性区，将转换电压VSLEW耦合至节点352。
在t2到t3的时间间隔中，包括运算放大器304和晶体管322的负反馈环路使得VGATE1在虚短范围内变化。因此，运算放大器304使得电压V+大致等于电压V-。根据等式(2)，V_350和V_352之间的差值等于VOS1。由于晶体管322(工作于饱和区)和晶体管324(工作于线性区)都是导通的，则产生流过晶体管322、电阻320和晶体管324的电流I1，其表达式为：
I1＝(V_350-V_352)/R＝VOS1/R.                (6)
如式(6)所示，电流I1是实质恒定的电流，从电流生成器302流至电容326，以给电容326充电。因此，转换电压VSLEW在t2到t3的时间间隔中以实质恒定的转换速率上升，其中，该转换速率由电流I1决定。
在t2到t3的时间间隔中，电压V_352等于转换电压VSLEW。因为V_350和V_352之间的差值等于恒定的参考电压VOS1，电压V_350随着电压VSLEW的增大而增大。此外，由于I1是实质恒定的电流，且晶体管322根据VGS1的值工作在饱和区，以决定I1。所以，VGS1的值也保持实质恒定。因此，VGATE1根据转换电压VSLEW变化。比如在t2到t3的时间段内，VGATE1随转换电压VSLEW以恒定的变化速率斜线上升。
如图4所示，VGATE2大于VTH，而VGATE1小于VTH。因此，在t2到t3的时间间隔中，当转换电压从V2上升到V1，或门314输出端的检测信号240为数字1。
在时刻t3，转换电压VSLEW达到V1，即VSLEW＝V_352＝V_350＝VSET。这时电流I1下降至0。运算放大器304将电压VGATE1上拉至最大值VMAX，比如VMAX等于电源电压。结果，VGATE1和VGATE2都大于VTH。因此，在t3到t4的时间间隔内，检测信号240为数字0。
在时刻t4，参考电压VSET从V1下降到V2，用以将输出电压VOUT从V1变化到V2。与电流生成器302在时刻t2的操作相似，电压VGATE2下降到最小值VMIN。晶体管324工作在饱和区，其中晶体管324根据栅源电压VGS2决定电流I2。运算放大器306保持电压V+’大致等于电压V-’。运算放大器304把电压VGATE1上拉到VMAX。晶体管322工作在线性区，以将VSET耦合至节点350。
在t4到t5的时间间隔内，运算放大器306和晶体管324构成负反馈环路。如此，根据式(3)，V_352和V_350之间的差值等于VOS2。结果，产生流经晶体管324、电阻320和晶体管322的电流I2，其表达式为：
I2＝(V_350-V_352)/R＝-VOS2/R.              (7)
如式(7)中所示，电流I2是从电容326流至电流生成器302的实质恒定的电流，为电容326放电。因此转换电压VSLEW以实质恒定的速率下降，该速率由I2决定。
在一个实施例中，当转换电压VSLEW在t4到t5的时间间隔中下降时，电压V_350(等于VSET)和电压V_352(等于VSET+VOS2)都不会改变。只要VGS2为实质恒定的电压，电压VGATE2就保持等于最小值VMIN。如图4所示，电压VGATE2小于VTH，且电压VGATE1大于VTH。因此，在t4到t5之间，VSLEW从V1下降到V2，检测信号240为数字1。
优点在于，如果在时刻t2设置参考电压VSET为V1，输出电压VOUT在t2到t3之间跟随VSLEW从V2线性增大到V1。同样地，如果在时刻t4设置参考电压VSET为V2，输出电压VOUT在t4到t5之间跟随VSLEW从V2线性减小到V1。流过电容228和电感226的电流保持在安全范围内，提升了转换电路200的性能，延长了转换电路200的使用寿命。
在一个实施例中，当转换电压VSLEW在t2至t3之间上升时，以及当转换电压VSLEW在t4到t5之间下降时，检测信号240都为数字1。优点在于，保护组件234能够在t2至t3之间和t4至t5之间根据检测信号240暂时停止工作。这样，转换器220不会因为设置参考电压VSET而停止工作，从而提升了转换电路200的稳定性。
图5所示为根据本发明实施例的转换电路(比如转换电路200)的工作流程图500。图5将结合图2至图4进行描述。尽管图5公开了某些特定的步骤，这些步骤仅仅作为示例。本发明适合执行与图5类似或等同的其他步骤。
在步骤502中，转换器(比如转换器220)将输入电压(如VIN)转换为输出电压(如VOUT)。在步骤504中，控制器接收参考电压(如VSET)。
在步骤506中，如果参考电压从第一电压值(如VSET1)变化到第二电压值(如VSET2)，则产生具有实质恒定的第一转换速率的转换电压(如VSLEW)。在步骤508中，根据转换电压控制转换器，将输出电压以实质恒定的第二转换速率从第三电压值(如VDESIRE1)转换至第四电压值(如VDESIRE2)。在一个实施例中，控制器接收表示输出电压的反馈信号。基于反馈信号和转换电压的比较结果，控制器调整输出电压。在一个实施例中，如果参考电压从第一电压值变化到第二电压值，产生流经电流通路(如电流通路L1)的恒定电流。该恒定电流流过电容，以产生转换电压。在一个实施例中，电流通路包括串联连接的第一晶体管(如晶体管322)、电阻(如电阻320)和第二晶体管(如晶体管324)。
在步骤510中，产生表示转换电压是否从第三电压值变化到第四电压值的检测信号(如检测信号240)。在步骤512中，根据检测信号禁止保护组件(如保护组件234)终止转换器的操作。在一个实施例中，根据第一和第二晶体管的栅极电压(如VGATE1和VGATE2)产生检测信号。
在此使用之措辞和表达都是用于说明而非限制，使用这些措辞和表达并不将在此图示和描述的特性之任何等同物(或部分等同物)排除在发明范围之外，在权利要求的范围内可能存在各种修改。其它的修改、变体和替换物也可能存在。因此，权利要求旨在涵盖所有此类等同物。

Claims (30)

1.一种转换电路，其特征在于，所述转换电路包括：
转换器，用于将输入电压转换为输出电压；及
耦合于所述转换器的控制器，用于接收参考电压；当所述参考电压从第一电压值变化为第二电压值，所述控制器产生具有恒定的第一转换速率的转换电压，所述控制器根据所述转换电压控制所述转换器，使所述输出电压以恒定的第二转换速率从第三电压值转换为第四电压值。
2.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述第一转换速率与所述第二转换速率成比例，所述第一电压值与所述第三电压值成比例，且所述第二电压值与所述第四电压值成比例。
3.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制器包括：
调节器，用于接收表示所述输出电压的反馈信号，并根据所述反馈信号和所述转换电压的比较结果产生控制信号，以调节所述输出电压。
4.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制器还包括：
保护组件，用于产生终止信号，以终止所述转换器的操作；及
耦合于所述保护组件的斜坡电路，用于产生检测信号，所述检测信号表示所述输出电压是否处于从所述第三电压值转换为所述第四电压值的过程中，
基于所述检测信号，所述保护组件暂停终止所述转换器的操作。
5.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制器还包括：
电流生成器，当所述参考电压从第一电压值转换为第二电压值，所述电流生成器产生恒定的电流，所述恒定的电流流经电容，以产生所述转换电压。
6.根据权利要求1所述的转换电路，其特征在于，所述控制器还包括：
耦合于第一节点和第二节点之间的电阻；
耦合于所述第一节点和具有所述参考电压的节点之间的第一晶体管；
耦合于所述第二节点和具有所述转换电压的节点之间的第二晶体管；及
控制电路，用于通过控制所述第一节点和所述第二节点上的节点电压以及控制所述第一晶体管的栅极电压和所述第二晶体管的栅极电压，以控制流经所述电阻的电流，
其中，所述控制器根据所述电流调节所述转换电压。
7.根据权利要求6所述的转换电路，其特征在于，当所述参考电压等于所述转换电压时，所述第一晶体管的所述栅极电压控制所述第一晶体管，以将所述参考电压耦合于所述第一节点，所述第二晶体管的所述栅极电压控制所述第二晶体管，以将所述转换电压耦合于所述第二节点，其中，当所述参考电压等于所述转换电压时，流经所述电阻的电流为零安培。
8.根据权利要求6所述的转换电路，其特征在于，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述节点电压保持所述电阻的电压为恒定电压值。
9.根据权利要求6所述的转换电路，其特征在于，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述第一晶体管的所述栅极电压控制所述第一晶体管工作于第一工作区，所述第二晶体管的所述栅极电压控制所述第二晶体管工作于第二工作区。
10.根据权利要求6所述的转换电路，其特征在于，所述控制器还包括：
耦合于所述控制电路的检测模块，用于检测所述第一晶体管的所述栅极电压和所述第二晶体管的所述栅极电压，并产生检测信号，所述检测信号表示所述输出电压是否处于从所述第三电压值转换为所述第四电压值的过程中。
11.根据权利要求6所述的转换电路，其特征在于，所述控制电路包括：
多个放大器，用于产生所述第一晶体管的所述栅极电压和所述第二晶体管的所述栅极电压，所述多个放大器包括第一放大器和第二放大器，其中，所述第一放大器的第一输入端口通过第一恒定电压源耦合于所述第二节点，所述第一放大器的第二输入端口耦合于所述第一节点；所述第二放大器的第一输入端口通过第二恒定电压源耦合于所述第一节点，所述第二放大器的第二输入端口耦合于所述第二节点。
12.根据权利要求11所述的转换电路，其特征在于，当所述参考电压大于所述转换电压时，所述第一晶体管和所述第一放大器构成负反馈环路，其中，所述负反馈环路保持所述电阻的电压为恒定电压值。
13.根据权利要求11所述的转换电路，其特征在于，当所述参考电压小于所述转换电压时，所述第二晶体管和所述第二放大器构成负反馈环路，其中，所述负反馈环路保持所述电阻的电压为恒定电压值。
14.一种用于控制转换器的控制器，所述转换器将输入电压转换为输出电压，其特征在于，所述控制器包括：
斜坡电路，用于接收参考电压，当所述参考电压从第一电压值转换为第二电压值时，所述斜坡电路产生具有恒定的第一转换速率的转换电压；及
耦合于所述斜坡电路的调节器，用于接收表示所述输出电压的反馈信号，所述调节器比较所述反馈信号和所述转换电压，并根据所述比较的结果控制所述转换器，使所述输出电压以恒定的第二转换速率从第三电压值转换为第四电压值。
15.根据权利要求14所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，还包括：
耦合于所述斜坡电路的保护组件，用于产生终止信号，以终止所述转换器的操作，其中，所述斜坡电路还产生检测信号，所述检测信号表示所述输出电压是否处于从所述第三电压值转换为所述第四电压值的过程中，所述斜坡电路根据所述检测信号避免所述保护组件终止所述转换器的操作。
16.根据权利要求14所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，所述斜坡电路包括：
电流通路，所述电流通路包括耦合于第一节点的第一晶体管，耦合于所述第一节点和第二节点之间的电阻以及耦合于所述第二节点的第二晶体管；及
耦合于所述电流通路的多个放大器，用于通过控制所述第一节点和所述第二节点上的节点电压以及控制所述第一晶体管的栅极电压和所述第二晶体管的栅极电压，以调节流经所述电流通路的电流，其中，所述控制器根据所述电流调节所述转换电压。
17.根据权利要求16所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，所述多个放大器包括第一放大器和第二放大器，其中，所述第一放大器的第一输入端口通过第一恒定电压源耦合于所述第二节点，所述第一放大器的第二输入端口耦合于所述第一节点；所述第二放大器的第一输入端口通过第二恒定电压源耦合于所述第一节点，所述第二放大器的第二输入端口耦合于所述第二节点。
18.根据权利要求16所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，当所述参考电压等于所述转换电压时，所述第一晶体管的所述栅极电压控制所述第一晶体管，以将所述参考电压耦合于所述第一节点，所述第二晶体管的所述栅极电压控制所述第二晶体管，以将所述转换电压耦合于所述第二节点。
19.根据权利要求16所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述第一晶体管和所述第一放大器构成负反馈环路，其中，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述负反馈环路保持所述第一节点和所述第二节点之间的电压差为恒定电压值。
20.根据权利要求19所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述第二晶体管的所述栅极电压控制所述第二晶体管，以耦合所述参考电压至所述第二节点。
21.根据权利要求19所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述第二晶体管的所述栅极电压控制所述第二晶体管，以耦合所述转换电压至所述第二节点。
22.根据权利要求19所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，所述第一晶体管的所述栅极电压根据所述转换电压发生变化。
23.根据权利要求19所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，当所述转换电压发生变化时，所述第一晶体管的所述栅极电压和所述第二晶体管的所述栅极电压均保持不变。
24.根据权利要求16所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，当所述参考电压不等于所述转换电压时，所述第一晶体管和所述第二晶体管工作在不同的工作区。
25.根据权利要求16所述的用于控制转换器的控制器，其特征在于，所述斜坡电路还包括：
耦合于所述多个放大器的检测模块，用于检测所述第一晶体管的所述栅极电压和所述第二晶体管的所述栅极电压，并产生检测信号，所述检测信号表示所述输出电压是否处于从所述第三电压值转换为第四电压值的过程中。
26.一种控制转换器的方法，所述转换器将输入电压转换为输出电压，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
接收参考电压；
如果所述参考电压从第一电压值转换为第二电压值，则产生具有恒定的第一转换速率的转换电压；及
根据所述转换电压控制所述转换器，使所述输出电压以恒定的第二转换速率从第三电压值转换为第四电压值。
27.根据权利要求26所述的控制转换器的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收表示所述输出电压的反馈信号；及
根据所述反馈信号和所述转换电压的比较结果控制所述输出电压。
28.根据权利要求26所述的控制转换器的方法，其特征在于，所述方法还包括：
产生检测信号，所述检测信号表示所述输出电压是否处于从所述第三电压值转换为所述第四电压值的过程中；及
根据所述检测信号终止保护组件，以避免所述保护组件终止所述转换器。
29.根据权利要求26所述的控制转换器的方法，其特征在于，所述方法还包括：
如果所述参考电压从所述第一电压值转换为所述第二电压值，则产生流经电流通路的恒定电流；及
将所述恒定电流流经电容，以产生所述转换电压。
30.根据权利要求29所述的控制转换器的方法，其特征在于，所述电流通路包括相互串联的第一晶体管、电阻和第二晶体管，其中，所述方法包括：
检测所述第一晶体管的栅极电压和所述第二晶体管的栅极电压；及
根据所述第一晶体管的所述栅极电压和所述第二晶体管的所述栅极电压产生检测信号，所述检测信号表示所述输出电压是否处于从所述第三电压值转换为所述第四电压值的过程中。
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