CN103532354A - 控制电路以及产生方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种控制电路，用于功率转换器。此控制电路包括切换电路以及电荷泵电路。切换电路产生切换信号来控制功率转换器。电荷泵电路包括振荡器，此振荡器产生同步于切换信号的振荡信号。振荡信号用来控制电荷泵电路的一开关，以产生电压源。

Description

控制电路以及产生方法
技术领域
本发明是有关于一种功率转换器的控制电路以及用来产生功率转换器的电荷泵(charge pump)信号的方法。
背景技术
一般而言，电荷泵的频率并非总是与功率转换器的切换频率同步，尤其是，是在轻负载的情况下，这将导致噪声问题且不符合客户需求。
发明内容
因此，本发明提出用于电荷泵电路以及功率转换器的频率同步化。电荷泵电路的频率将与功率转换器的切换信号彼此同步，这将实现功率转换器的低噪声。
本发明提供一种控制电路，用于功率转换器。此控制电路包括切换电路以及电荷泵电路。切换电路产生切换信号来控制功率转换器。电荷泵电路包括振荡器，此振荡器产生同步于切换信号的振荡信号。振荡信号用来控制电荷泵电路的一开关，以产生电压源。
本发明提供一种产生方法，用以产生功率转换器的电荷泵信号。此产生方法包括以下步骤：根据功率转换器的切换信号来产生同步信号；产生同步于同步信号的振荡信号；以及根据振荡信号来产生电荷泵信号。电荷泵信号用来控制一开关以产生电压源。
附图说明
图1表示根据本发明一实施例，用于功率转换器的控制电路。
图2表示根据本发明一实施例，在图1中控制电路内的同步振荡器。
图3表示根据本发明一实施例，在图2中同步振荡器的滤波器。
图4表示根据本发明一实施例，在图2中同步振荡器的脉冲产生器。
图5表示根据本发明一实施例，在图2中同步振荡器的频率乘法器。
图6表示根据本发明一实施例的取样信号、脉冲信号、相位锁定信号以及同步信号的波形。
图7表示根据本发明一实施例，在图2中同步振荡器的范围检测电路。
图8表示根据本发明一实施例，在图2中同步振荡器的振荡器。
图9表示根据本发明一实施例的同步信号、斜坡信号、放电信号以及振荡信号的波形。
图10表示根据本发明一实施例的功率转换器。
图11表示根据本发明一实施例，在图10中功率转换器的同步整流控制器。
[标号说明]
图1：
10～切换电路；          20～电荷泵电路；
100～同步振荡器(SYNC SOC)；
SW～切换信号；          VDD～电压源；
图2：
100～同步振荡器；       110～滤波器；
150～脉冲产生器；       160～频率乘法器(M)
200～范围检测电路(RANG)；
300～振荡器(OSC)；      PLP～取样信号；
PLS～脉冲信号；         SIN～输入信号；
SOSC～振荡信号；        SW～切换信号；
SYNC～同步信号；        SYN-EN～致能信号；
图3：
110～滤波器；           112、114～电流源；
115～晶体管；           117～电容器；
119～反向器；           SIN～输入信号；
SW～切换信号；          VCC～电压源；
图4：
150～脉冲产生器；       151～反向器；
152～电流源；           153～晶体管；
155～电容器；           156～反向器；
157～与门；              159～脉冲产生电路；
PLP～取样信号；          PLS～脉冲信号；
SIN～输入信号；          VCC～电压源；
图5：
160～频率乘法器；        161～反向器；
162～与门；              163～晶体管；
164～电流源；            165～电容器；
167～开关；              168～电容器；
170～单位增益缓冲放大器；171、172～电阻器；
175～比较器；            180～脉冲产生器；
185～或门；              PLP～取样信号；
PLS～脉冲信号；          RMP～斜坡信号；
SI～反向信号；           VCC～电压源；
VLS～相位锁定信号。
图6：
PLP～取样信号；          PLS～脉冲信号；
SW～切换信号；           SYNC～同步信号；
VLS～相位锁定信号。
图7：
200～范围检测电路；     210～电流源；
211～晶体管；           215～电容器；
230～电流源；           231～晶体管；
232～电流源；           235～电容器；
251、252～比较器；      258～与门；
261、268、269～触发器； LOPAS～低通信号；
POLAS～高通信号；       SYNC～同步信号；
SYN-EN～致能信号；      VCC～电压源；
VT～临界电压；
图8：
300～振荡器；           310～电流源；
311～开关；             315～电流源；
316～开关；            320～电容器；
331、332～比较器；     341、342～与非门；
346、347～反向器；     350～触发器；
370～电流源；          371～开关；
372～与门；            375～触发器；
376～反向器；          SC～充电信号；
SD～放电信号；         SOSC～振荡信号；
SRMP～斜坡信号；       SYNC～同步信号；
SYN-EN～致能信号；     VCC～电压源；
VH、VL～跳变点电压；
图9：
SD～放电信号；         SOSC～振荡信号；
SRMP～斜坡信号；       SYNC～同步信号；
图10：
30～变压器；           35～晶体管；
40～电阻器；           45～电容器；
50～金属氧化物半导体场效应晶体管；
55～二极管；           70～电荷泵电容器；
80～电容器；           500～同步整流控制器；
SW～切换信号；         VDD～电压源；
VIN～输入电压；        VO～输出电压；
图11：
70～电荷泵电容器；     80～电容器；
100～同步振荡器(SYNC SOC)；
500～同步整流控制器；  501…504～开关；
570～切换信号产生器；  560～驱动信号产生器；
S1…S4～驱动信号；     SOSC～振荡信号；
SW～切换信号；         VCC～电压源；
VDD～电压源。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1是表示根据本发明一实施例，用于功率转换器的控制电路。此控制电路包括切换电路10以及电荷泵电路20。切换电路10其产生切换信号SW，以调整功率转换器的输出。电荷泵电路20包括同步振荡器(SYNC OSC)100，其接收切换信号SW以产生电压源VDD。电压源VDD还用来提供电源给切换电路10。切换电路10操作如同一同步整流控制电路一般，因此，切换信号SW作为一同步整流信号。
图2是表示根据本发明一实施例的同步振荡器100。同步振荡器100包括滤波器110、脉冲产生器150、频率乘法器(M)160、范围检测电路(RANGE)200以及振荡器(OSC)300。滤波器110接收切换信号SW且产生输入信号SIN。输入信号SIN耦接脉冲产生器150，以产生脉冲信号PLS以及取样信号PLP。频率乘法器160根据脉冲信号PLS以及取样信号PLP来产生同步信号SYNC。同步信号SYNC还耦合至范围检测电路200，使得当同步信号SYNC的频率在一范围内时，范围检测电路200产生致能信号SYN-EN。当同步信号SYNC的周期长于最小周期且短于最大周期，致能信号SYN-EN将被致能。一旦致能信号SYN-EN被致能，振荡器300将根据同步信号SYNC来产生振荡信号SOSC，使得振荡信号SOSC同步于同步信号SYNC。当同步信号SYNC的周期短于最小周期或长于最大周期，致能信号SYN-EN则被禁能(不被致能)。一旦致能信号SYN-EN被禁能，振荡器300将产生振荡信号SOSC而没有同步化(自由振荡(free run))。振荡信号SOSC用来切换电荷泵电路20。在此实施例中，滤波器110、脉冲产生器150以及频率乘法器160形成一同步电路，以根据切换信号SW来产生同步信号SYNC。在一实施例中，同步信号SYNC具有根据切换信号SW的频率而成倍数的频率。
图3是表示根据本发明一实施例的滤波器110。输入信号SIN是根据切换信号SW所产生。参阅图3，滤波器110包括电流源112与114、晶体管115、电容器117以及反向器119。电流源112具有耦接电压源VCC的第一端以及具有第二端。晶体管115的栅极接收切换信号SW，且其漏极耦接电流源112的第二端。电流源114具有耦接晶体管115的源极的第一端以及具有耦接接地的第二端。电容器117具有耦接电流源112与晶体管115的公共接点的第一端以及具有耦接接地的第二端。反向器119的输入端耦接电流源112与晶体管115的公共接点，且其输出端产生输入信号SIN。电流源112与114以及电容器117一起提供低通滤波，以产生输出信号SIN。
图4是表示根据本发明一实施例的脉冲产生器150。脉冲信号PLS根据输入信号SIN的上升缘而产生。脉冲产生器150包括反向器151、电流源152、晶体管153、电容器155、反向器156、与门157以及脉冲产生电路159。电流源153用来对电容器155充电。晶体管153则用来使电容器155放电。输入信号SIN通过反向器151来控制晶体管153。输入信号SIN还耦接与门157的一输入端。与门157的另一输入端通过反像器156耦接电容器155。脉冲产生器PLS产生于与门157的输出端。脉冲信号PLS的脉冲宽度是由电流源152的电流与以及电容器155的电容值所决定。脉冲产生电路159接收脉冲信号PLS。脉冲产生电路159还根据脉冲信号PLS的上升缘来产生取样信号PLP。取样信号PLP的脉冲宽度短于脉冲信号PLS的脉冲宽度。
图5是表示根据本发明一实施例的频率乘法器160。请一并参考图6,其是图5中信号的相关波形图。反向器161接收取样信号PLP以产生反向信号SI。脉冲信号PLS以及取样信号PLP的反向信号通过与门162以及晶体管163来使得电容器165放电。电容器165与电流源164一起根据脉冲信号PLS来产生斜坡信号RMP。斜坡信号RMP的电平(峰值电平)通过开关167而被取样至电容器168。取样信号PLP控制开关167。单位增益缓冲放大器170耦接电容器168以通过电阻器171与172来产生分压信号。此分压信号耦合至比较器175，以与斜坡信号RMP进行比较，藉此通过脉冲产生器180来产生相位锁定信号VLS。相位锁定信号VLS因此产生于脉冲信号PLS的两个脉冲之间。同步信号SYNC是由或门185根据脉冲信号PLS以及相位锁定信号VLS所产生。同步信号SYNC的频率是脉冲信号PLS以及切换信号SW的频率的两倍。
图6是表示根据本发明一实施例的取样信号PLP、脉冲信号PLS、相位锁定信号VLS、以及同步信号SYNC的波形。
图7是表示根据本发明一实施例的范围检测电路200。电流源210以及电容器215决定了一低通时间常数。电流源232以及电容器235决定了一高通时间常数。同步信号SYNC通过晶体管211来使电容器215放电。比较器251比较电容器215的电压电平与临界电压VT，且当电容器215的电压电平高于临界电压VT时，比较器251产生低通信号LOPAS。当同步信号SYNC的周期长于低通时间常数，低通信号POLAS将通过与门258来重置一计数器。
电流源230以及电容器235决定一高通时间常数。同步信号SYNC通过晶体管231来使电容器235放电。比较器252比较电容器235的电压电平与临界电压VT，且当电容器235的电压电平低于临界电压VT时，比较器255产生低通信号LIPAS。当同步信号SYNC的周期短于高通时间常数，高通信号HILAS将通过栅极258来重置一计数器。触发器261与268组成上述计数器。触发器269的运作如同一箝制器。同步信号SYNC对计数器以及触发器269进行计时。
当同步信号SYNC的频率在一特定范围内，计数器将产生致能信号SYN-EN。这表示，当同步信号SYNC的周期长于最小周期且短于最大周期，致能信号SYN-EN将被致能。低通时间常数是关于最大周期。高通时间常数是关于最小周期。当同步信号SYNC的周期在最小周期与最大周期之的范围内，致能信号SYN-EN将在一延迟时间后被致能。此延迟是通过计数器由同步信号SYNC的周期数来决定。
图8是表示根据本发明实施例的振荡器300。电流源310通过开关311来对电容器320充电，以产生斜坡信号SRMP。电流源315通过开关316来使电容器320放电。比较器331与332接收斜坡信号SRMP，以分别与跳变点电压(trip-point voltage)VH与VL比较。与非门341与342形成一箝制电路以接收比较器331与332的输出，藉此产生放电信号SD。反向器346根据放电信号SD来产生充电信号SC。充电信号SC还通过反向器347以及触发器350来产生振荡信号SOSC。充电信号SC用来控制开关311。放电信号SD则控制开关316。同步信号SYNC用来导通触发器375。通过与门372以及开关371，触发器375的输出更用来导通电流源370，藉以当致能信号SYN-EN被致能时，用来加速电容器320的充电时间。放电信号SD通过反性器376来重置触发器375。由于放电信号SD初始化斜坡信号SRAM的下一周期，快速放电将持续进行直到同步化实现为止。因此，当致能信号SYN-EN被致能时，斜坡信号SRMP将同步于同步信号SYNC。
图9是表示根据本发明一实施例的同步信号SYNC、斜坡信号SRMP、放电信号SD以及振荡信号SOSC的波形。
图10是表示根据本发明一实施例的功率转换器。功率转换器包括变压器30、晶体管35、电阻器40、电容器45、金属氧化物半导体场效应晶体管(metaloxide semiconductor field effect transistor，MOSFET)50、二极管55、电荷泵、电荷泵电容器70以及电容器80。变压器30接收输入电压VIN。晶体管35用来切换变压器30，以调整跨越电容器45的输出电压VO。同步整流控制器500产生由一切换电路来产生切换信号SW以作为一控制信号，来控制MOSFET50操作如同一同步整流器(synchronous rectifier，SR)。同步整流控制器500包括电荷泵电路，其切换电荷泵电容器70，以将电压源VDD施加至电容器80。
图11是表示根据本发明实施例的同步整流控制器500。同步整流控制器500包括切换信号产生器570，其产生切换信号SW用以同步整流。同步振荡器100根据切换信号SW产生振荡信号SOSC。振荡信号SOSC耦合至驱动信号产生器560以产生多个驱动信号(也称为电荷泵信号)S1、S2、S3、与S4。驱动信号S1、S2、S3、与S4耦合来分别控制开关501、502、503、与504，以切换电荷泵电容器70，并在电容器80产生电压源VDD。振荡信号SOSC的频率以及驱动信号S1、S2、S3、与S4的频率都与切换信号SW的频率同步。
本发明虽以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明的范围，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims (12)

1.一种控制电路，用于一功率转换器，包括：
一切换电路，产生一切换信号来控制该功率转换器；以及
一电荷泵电路，包括一振荡器，该振荡器产生同步于该切换信号的一振荡信号；
其中，该振荡信号用来控制该电荷泵电路的一开关，以产生一电压源。
2.根据权利要求1所述的控制电路，其中，该切换电路为一同步整流控制电路。
3.根据权利要求1所述的控制电路，其中，该切换信号为一同步整流器的控制信号。
4.根据权利要求1所述的控制电路，该振荡器包括：
一同步电路，根据该切换信号来产生一同步信号；以及
一范围检测电路，产生一致能信号以致能同步化；
其中，当该同步信号的频率在一频率范围内，该振荡信号在一延迟时间后将同步于该同步信号。
5.根据权利要求4所述的控制电路，其中，一旦该同步信号的周期长于一最小周期并短于一最大周期，该致能信号被致能。
6.根据权利要求5所述的控制电路，其中，该同步电路包括一频率乘法器。
7.一种产生方法，用以产生一功率转换器的一电荷泵信号，包括：
根据该功率转换器的一切换信号来产生一同步信号；
产生一振荡信号，该振荡信号同步于该同步信号；以及
根据该振荡信号来产生该电荷泵信号；
其中，该电荷泵信号用来控制一开关以产生一电压源。
8.根据权利要求7所述的产生方法，其中，该切换信号为一同步整流信号。
9.根据权利要求7所述的产生方法，其中，当该同步信号的频率在一频率范围内时，该振荡信号同步于该同步信号。
10.根据权利要求7所述的产生方法，其中，一旦该同步信号的周期长于一最小周期并短于一最大周期，该同步信号同步于该同步信号。
11.根据权利要求7所述的产生方法，其中，当该同步信号的周期短于一最小周期或长于一最大周期，该振荡信号自由振荡。
12.根据权利要求7所述的产生方法，其中，该同步信号具有根据该功率转换器的该切换信号的频率而成倍数的频率。
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