CN103856046A

CN103856046A - 降压式电压转换装置

Info

Publication number: CN103856046A
Application number: CN201210504917.6A
Authority: CN
Inventors: 林宝全; 林素圆; 周宏哲
Original assignee: Excelliance Mos Corp
Current assignee: Excelliance Mos Corp
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-11

Abstract

本发明提供一种降压式电压转换装置，包括第一晶体管、第二晶体管、电感、控制器以及开关。第一晶体管接收输入电压。电感的第一端耦接至第一晶体管与第二晶体管，电感的第二端耦接至降压式电压转换装置的输出端以产生输出电压。控制器接收输出电压，并检测输出电压的大小以产生检测结果。开关串接在第一晶体管的第二端以及第二晶体管的第一端间，开关依据检测结果以导通或断开。

Description

降压式电压转换装置

技术领域

本发明是有关于一种降压式电压转换装置，且特别是有关于一种可降低输出电压所可能产生的过冲(overshoot)现象的降压式电压转换装置。

背景技术

请参照图1A以及图1B，图1A示出现有的降压式电压转换装置100的电路图，图1B示出降压式电压转换装置100的动作波形图。降压式电压转换装置100包括晶体管Q1、Q2、电感L1以及电容C1，晶体管Q1、Q2分别依据所接收的互补的控制信号UGATE及LGATE来交互的导通或断开，并通过电感L1来转换输入电压VIN以在输出端OUT产生输出电压VOUT，其中，输出电压VOUT用来驱动负载RL。

在图1B中，在时间点T1时，负载RL所需要的电流IRL瞬间降低时(由重载转换成轻载)，存储在电感L1中的电流IL1下降的速率会跟不上负载RL的变化，在此同时，电容C1中所存储的电量将接收电感L1上的电流IL1而快速的被充电，并致使输出电压VOUT快速的上升而造成过冲的现象。这个输出电压VOUT过冲的现象可能会造成降压式电压转换装置100及/或负载RL上的电路元件造成损毁，影响到所属产品的运行。

发明内容

本发明提供一种降压式电压转换装置，有效降低其输出电压所可能产生的过冲(overshoot)的现象。

本发明提供一种降压式电压转换装置，包括第一晶体管、第二晶体管、电感、控制器以及开关。第一晶体管具有第一端、第二端以及控制端，该第一晶体管的第一端接收输入电压，该第一晶体管的控制端接收第一控制信号。第二晶体管具有第一端、第二端以及控制端，第一晶体管的第二端耦接第二晶体管的第一端，第二晶体管的第二端耦接参考接地电压，第二晶体管的控制端接收第二控制信号。电感的第一端耦接至第一晶体管的第二端，该电感的第二端耦接至降压式电压转换装置的输出端以产生输出电压。控制器接收输出电压，并检测输出电压的大小以产生检测结果。开关串接在第一晶体管的第二端以及第二晶体管的第一端间，开关依据检测结果以导通或断开。

在本发明的一实施例中，上述的控制器检测输出电压是否大于临界电压以产生检测电压。

在本发明的一实施例中，上述的控制器包括比较器。比较器耦接降压式电压转换装置的输出端，依据比较输出电压以及临界电压以产生检测电压。

在本发明的一实施例中，当上述的开关依据检测电压导通时，提供第二控制信号至第二晶体管的控制端的路径被切断。

在本发明的一实施例中，上述的第一晶体管依据第一控制信号被断开。

在本发明的一实施例中，上述的第二晶体管的控制端通过被导通的开关被耦接到第二晶体管的第一端，第二晶体管依据第二晶体管的第一端上的电压被断开。

在本发明的一实施例中，其中还包括电容。电容串接在降压式电压转换装置的输出端以及参考接地电压间。

在本发明的一实施例中，其中还包括控制信号产生器。控制信号产生器耦接第一晶体管以及第二晶体管的控制端，分别提供第一控制信号以及第二控制信号至第一晶体管以及第二晶体管的控制端。

在本发明的一实施例中，其中当上述的开关依据检测电压导通时，控制信号产生器停止提供第二控制信号至第二晶体管的控制端。

基于上述，本发明通过在降压式电压转换装置由重载转轻载的过程中，通过检测输出电压的电压值大小，来导通串接在第二晶体管的第一端及控制端间的开关，并通过开关来断开第二晶体管，以提供由参考接地端、第二晶体管的基体所产生的二极管以及电感间来提供电流回路以快速消耗电感的电能，进以降低输出电压所可能产生的过冲(overshoot)的程度。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A示出现有的降压式电压转换装置100的电路图；

图1B示出降压式电压转换装置100的动作波形图；

图2A示出本发明一实施例的降压式电压转换装置200的示意图；

图2B示出本发明实施例的控制器210的一实施方式示意图；

图2C示出图2A实施例的降压式电压转换装置200的动作波形图；

图3示出本发明另一实施例的降压式电压转换装置300的示意图。

附图标记说明

100、200、300：降压式电压转换装置；

210、310：控制器；

320：控制信号产生器；

UGATE、LGATE：控制信号；

VIN：输入电压；

Q1、Q2：晶体管；

L1：电感；

VOUT：输出电压；

RL：负载；

C1：电容；

OUT：输出端；

D2：二极管；

CTR1：检测结果；

GND：参考接地电压；

IL1、IRL：电流；

VREF：临界电压；

VA：电压；

CMP1：比较器。

具体实施方式

请参照图2A，图2A示出本发明一实施例的降压式电压转换装置200的示意图。降压式电压转换装置200包括晶体管Q1、Q2、电感L1、控制器210、开关SW1以及电容C1。晶体管Q1具有第一端(例如源极)、第二端(例如漏极)以及控制端(例如栅极)，晶体管Q1的第一端接收输入电压VIN，晶体管Q1的控制端接收控制信号UGATE，晶体管Q1的第二端则耦接至晶体管Q2的第一端(例如源极)。另外，晶体管Q2的第二端(例如漏极)耦接至参考接地电压GND，而晶体管Q2的控制端则接收控制信号LGATE。在本实施例中，晶体管Q1以及晶体管Q2分别依据所接收的控制信号UGATE以及LGATE以导通或断开，其中，晶体管Q1以及晶体管Q2不会同时被导通。

电感L1的第一端耦接至晶体管Q1的第二端以及晶体管Q2的第一端，电感L1的第二端则耦接至降压式电压转换装置200的输出端OUT。降压式电压转换装置200的输出端OUT产生输出电压VOUT以驱动负载RL。

开关SW1的第一端耦接至电感L1与晶体管Q1及晶体管Q2的共同耦接端(也就是电感L1的第一端)，开关SW1的第二端耦接至晶体管Q2的控制端。开关SW1受控于检测信号CTR1以导通或断开。检测信号CTR1则由耦接至开关SW1的控制器210所产生，控制器210另耦接至降压式电压转换装置200的输出端OUT，并接收输出电压VOUT。在本实施例中，控制器210通过检测输出电压VOUT的大小以产生检测结果CTR1。

电容C1则串接在输出端OUT以及参考接地电压GND间。

在整体的动作方面，请同步参照图2A以及图2C，其中图2C示出图2A实施例的降压式电压转换装置200的动作波形图。在负载RL所需要的电流IRL瞬间降低时，输出电压VOUT对应瞬间上升，并大于临界电压VREF。控制器210通过即时的检测输出电压VOUT的大小来对应产生检测结果CTR1以导通开关SW1，并在输出电压VOUT大于临界电压VREF时产生例如逻辑高电平的检测结果CTR1。

在此请参照图2B，图2B示出本发明实施例的控制器210的一实施方式示意图。控制器210包括比较器CMP 1。比较器CMP1接收输出电压VOUT以及临界电压VREF，并针对输出电压VOUT以及临界电压VREF进行比较以产生检测结果CTR1。临界电压VREF为一个预先设定好的数值，可以由设计者依据降压式电压转换装置200的实际操作状态来设定。

此外，比较器CMP1也可以不直接接收输出电压VOUT来进行比较的动作，控制器210中可以建构一电阻串(未示出)先对输出电压VOUT进行分压，再将分压后的结果传送至比较器CMP1来与预先设定的临界电压VREF进行比较以产生检测结果CTR1。如此一来，比较器CMP1可以不用直接承受较高电压的输出电压VOUT，可省去所需使用的高压元件的数量，进以节省电路的面积。

请重新参照图2A以及图2C，在当开关SW1依据检测结果CTR1时，控制信号LGATE停止被供应至晶体管Q2的控制端。简单来说，在本发明实施例中，控制信号LGATE被提供至晶体管Q2的控制端的路径可以切断，并使晶体管Q2的控制端改通过开关SW1来接收晶体管Q1的第二端(电感L1的第一端)上的电压VA。

由于此时晶体管Q1依据控制信号UGATE而被断开，相对应的晶体管Q1的第二端上的电压VA下降，并使晶体管Q2也对应被断开。在此同时，在晶体管Q2所形成的寄生二极管D2与电感L1间产生电流回路，并加速电感L1上的电流的消耗速率，有效降低输出电压VOUT所可能产生的过冲现象的电压幅度。

以下请参照图3，图3示出本发明另一实施例的降压式电压转换装置300的示意图。降压式电压转换装置300包括晶体管Q1、Q2、电感L1、控制器310、控制信号产生器320、开关SW1以及电容C1。其中，控制信号产生器320用以产生控制信号UGATE以及LGATE以分别控制晶体管Q1以及晶体管Q2的导通或断开的状态。其中，控制信号UGATE以及LGATE为脉宽调变(pulse width modulation，PWM)信号。并且，当控制器310提供检测结果CTR1以导通开关SW1时，控制信号产生器320停止供应控制信号LGATE至晶体管Q2的控制端(例如控制信号产生器320产生检测结果CTR1的端点变更为浮接的状态)。

另外说明一下，本实施例中的控制器310以及控制信号产生器320可以整合为同一个电路来实施。

关于降压式电压转换装置300的动作细节与本发明图2A的降压式电压转换装置200相同，以下不多赘述。

综上所述，本发明通过提供开关串接在降压式电压转换装置的第二晶体管的控制端与第一端间，并在当降压式电压转换装置所驱动的负载状态由重载转换为轻载时，适时的导通开关，以断开第二晶体管。再通过被断开的第二晶体管的寄生二极管来提供电流回路，使电感中的电量可以加速被逸散，以减低降压式电压转换装置所产生的输出电压的过冲幅度。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种降压式电压转换装置，其特征在于，包括：

一第一晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，该第一晶体管的第一端接收一输入电压，该第一晶体管的控制端接收一第一控制信号；

一第二晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，该第一晶体管的第二端耦接该第二晶体管的第一端，该第二晶体管的第二端耦接一参考接地电压，该第二晶体管的控制端接收一第二控制信号；

一电感，该电感的第一端耦接至该第一晶体管的第二端，该电感的第二端耦接至该降压式电压转换装置的输出端以产生一输出电压；

一控制器，接收该输出电压，检测该输出电压的大小以产生一检测结果；以及

一开关，串接在该第一晶体管的第二端以及该第二晶体管的第一端间，该开关依据该检测结果以导通或断开。

2.根据权利要求1所述的降压式电压转换装置，其特征在于，该控制器检测该输出电压是否大于一临界电压以产生该检测电压。

3.根据权利要求2所述的降压式电压转换装置，其特征在于，该控制器包括：

一比较器，耦接该降压式电压转换装置的输出端，依据比较该输出电压以及该临界电压以产生该检测电压。

4.根据权利要求1所述的降压式电压转换装置，其特征在于，当该开关依据该检测电压导通时，提供该第二控制信号至该第二晶体管的控制端的路径被切断。

5.根据权利要求4所述的降压式电压转换装置，其特征在于，该第一晶体管依据该第一控制信号被断开。

6.根据权利要求4所述的降压式电压转换装置，其特征在于，该第二晶体管的控制端通过被导通的该开关被耦接到该第二晶体管的第一端，该第二晶体管依据该第二晶体管的第一端上的电压被断开。

7.根据权利要求1所述的降压式电压转换装置，其特征在于，还包括：

一电容，串接在该降压式电压转换装置的输出端和该参考接地电压间。

8.根据权利要求1所述的降压式电压转换装置，其特征在于，还包括：

一控制信号产生器，耦接该第一晶体管以及该第二晶体管的控制端，分别提供该第一控制信号以及该第二控制信号至该第一晶体管以及该第二晶体管的控制端。

9.根据权利要求8所述的降压式电压转换装置，其特征在于，当该开关依据该检测电压导通时，该控制信号产生器停止提供该第二控制信号至该第二晶体管的控制端。