CN104935152B - 电压转换器与整流电路控制芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供一种电压转换器与整流电路控制芯片，其揭露的技术是以作用区间可调的一脉冲信号控制一整流电路，且还补偿电压转换器输出端的等效串接阻抗。所揭露的电压转换器除了包括整流电路外，还包括第一比较器以及作用区间设定电路。整流电路是根据一脉冲信号将输入电位整流成输出电位。第一比较器是将第一参考信号相比于输出电位的反馈值，以产生第一比较器输出。第一参考信号随该脉冲信号的作用区间起伏。作用区间设定电路随该第一比较器输出使该脉冲信号进入作用区间，并根据第二参考信号结束该脉冲信号的作用区间。第二参考信号的直流数值与该脉冲信号的工作周期相关。

Description

电压转换器与整流电路控制芯片
技术领域
本发明是有关于一种电压转换器，特别有关于一种以脉冲信号控制的电压转换器与整流电路控制芯片。
背景技术
电压转换器常用于电子装置中，使一电源供应的电位得以转换为其他电位，供电子装置中不同电位需求的元件使用。电压转换器中常用的整流电路是由一脉冲信号控制，将一输入电位整流成一输出电位。本技术领域一项重要课题为妥善调整脉冲信号使输出电位稳定、且使电位转换效应良好(如，低能量消耗、易于抗电磁干扰)。
发明内容
本发明实施例主要是提供一种电压转换器与整流电路控制芯片，其脉冲信号的作用区间可调，使得输出电位稳定。
根据本发明一种实施方式所实现的一种电压转换器包括：一整流电路、一第一比较器以及一作用区间设定电路。该整流电路是根据一脉冲信号将一输入电位整流成一输出电位。该第一比较器将一第一参考信号相比于该输出电位的一反馈值，以产生一第一比较器输出。该第一参考信号随该脉冲信号的作用区间起伏。该作用区间设定电路随该第一比较器输出使该脉冲信号进入作用区间，并根据一第二参考信号结束该脉冲信号的作用区间。该第二参考信号的直流数值与该脉冲信号的工作周期相关。
如此设计的电压转换器较不受输出端的等效串接阻抗(ESR)影响。此外，如此设计的脉冲信号的作用区间可调，故脉冲信号的操作频率可较集中，便于后续对电磁干扰(EMI)的抑制。
在一种实施方式中，所揭露的电压转换器还包括一负载补偿电路，对该脉冲信号作一阶滤波与二阶滤波，以分别产生一阶滤波信号以及二阶滤波信号。该一阶滤波信号以及该二阶滤波信号用于产生该第一参考信号。该二阶滤波信号作为该第二参考信号。
本发明一种实施方式是将上述第一比较器、作用区间设定电路、甚至上述负载补偿电路制作成一整流电路控制芯片。该整流电路控制芯片是以一第一接脚耦接该整流电路使该整流电路得以根据上述脉冲信号动作，并以一第二接脚耦接该输出电位。
由于上述第一比较器是将输出电位的一反馈值与随该脉冲信号的作用区间起伏的一第一参考信号作比较，故输出电位的振荡状况会受到补偿，避免连续提供脉冲信号驱动该整流电路。整流电路的电流因而限制在适当范围，避免过度耗电。
附图说明
图1根据本发明一种实施方式示意一电压转换器100；
图2示意负载补偿电路104的一种实施方式；
图3示意作用区间设定电路106的一种实施方式；
图4为图1电压转换器100的信号图，其中采用图2所示的负载补偿电路以及图3所示的作用区间设定电路。
符号说明：
100～电压转换器
102～整流电路
104～负载补偿电路
106～作用区间设定电路
108～驱动电路
110～整流电路控制芯片
Comp1、Comp2～第一、第二比较器
Comp1_Out～第一比较器输出
C1、C2、C3～第一、第二、第三电容
Duty～脉冲信号
I～电流源
iL～电流
N1、N2～第一、第二N型晶体管
n1、n2、n3～第一、第二、第三接点
PIN1、PIN2～芯片110的第一、第二接脚
R1、R2～第一、第二电阻
T、ton～脉冲信号Duty、Ton、Vcon的一周期、一作用区间
ton1、ton2～可调适的作用区间
Ton～脉冲信号
VA、VB～第一、第二电位源
Vcon～脉冲信号
Vc_ripple～电压转换器100输出端的电容跨压
Vesr～电压转换器100输出端的等效串接电阻(ESR)的跨压
Vfb～输出电位Vo的分压
Vin～输入电位
Vo～输出电位
Vramp～脉冲信号D一阶滤波
Vref～定值参考信号
Vsen～脉冲信号D二阶滤波
具体实施方式
以下叙述列举本发明的多种实施例，并配合所附图示，详细说明本发明内容。以下叙述介绍本发明的基本概念，且并非意图限制本发明内容。实际发明范围应依照权利要求书界定。
图1根据本发明一种实施方式示意一电压转换器100。电压转换器100包括：一整流电路102、一第一比较器Comp1、一负载补偿电路104、一作用区间设定电路106以及一驱动电路108。整流电路102是根据一脉冲信号Vcon将一输入电位Vin整流成一输出电位Vo；如图所示，脉冲信号Vcon一个周期T的作用区间(Active duration)为期ton。以下讨论脉冲信号Vcon的生成。
参阅图1，脉冲信号Vcon是源于作用区间设定电路106所输出的脉冲信号Ton。驱动电路108负责调整脉冲信号Ton的驱动能力，除了形成脉冲信号Vcon控制整流电路102外，还另外形成脉冲信号Duty供负载补偿电路104使用。
负载补偿电路104接收脉冲信号Duty，对该脉冲信号Duty作一阶滤波与二阶滤波，以分别产生一阶滤波信号Vramp以及二阶滤波信号Vsen。该一阶滤波信号Vramp以及该二阶滤波信号Vsen分别输入该第一比较器Comp1的第一差动输入对的负端与正端输入，形成随该脉冲信号Ton/Duty/Vcon的作用区间起伏的一第一参考信号(Vsen-Vramp)。第一比较器Comp1还以第二差动输入对的正端与负端输入分别接收一定值参考信号Vref以及该输出电位Vo的分压Vfb，以获得该输出电位Vo的一反馈值(Vref-Vfb)。第一比较器Comp1将第一参考信号(Vsen-Vramp)与输出电位Vo的反馈值(Vref-Vfb)作比较，产生一第一比较器输出Comp1_Out。该作用区间设定电路106随该第一比较器输出Comp1_Out使该脉冲信号Ton进入作用区间，并将负载补偿电路104所供应的二阶滤波信号Vsen作为一第二参考信号，以据此结束该脉冲信号Ton的作用区间。驱动电路108根据脉冲信号Ton产生脉冲信号Vcon供应给该整流电路102。特别是，作为第二参考信号的二阶滤波信号Vsen的直流(DC)数值与该脉冲信号Ton/Duty/Vcon的工作周期(ton/T，duty cycle)相关。如此设计使得脉冲信号Vcon的作用区间ton为可调适。
参考电压转换器100的输出端，等效串接阻抗(ESR)若过小，其跨压Vesr振荡会远小于等效电容跨压Vc_ripple振荡，输出电位Vo因而明显随等效电容跨压Vc_ripple振荡。然而，由于第一比较器Comp1是将输出电位Vo的一反馈值与随该脉冲信号Ton/Duty/Vcon的作用区间起伏的一第一参考信号(Vsen-Vramp)作比较，故输出电位Vo的振荡状况会受到补偿，避免连续提供脉冲驱动该整流电路102。整流电路102的电流iL因而限制在适当范围，避免过度耗电。
此外，作用区间设定电路106使得脉冲信号Ton/Duty/Vcon的作用区间ton可调，故脉冲信号Ton/Duty/Vcon的操作频率可设计成较集中，便于后续对电磁干扰(EMI)的抑制。
图1所示实施方式是将产生脉冲信号Vcon控制该整流电路102的电路方块与元件设计成一整流电路控制芯片110。整流电路控制芯片110是以一第一接脚PIN1耦接该整流电路102，使该整流电路102得以根据脉冲信号Vcon动作。另外，整流电路控制芯片110是以一第二接脚PIN2耦接该输出电位Vo。
在其他实施方式中，第一比较器可不以图1双差动输入对形式实现。凡是接收随脉冲信号Vcon的作用区间起伏的一第一参考信号、并将该第一参考信号与输出电位Vo的一反馈值作比较的比较器，都可用来实现本案的第一比较器。
此外，作用区间设定电路106所接收的第二参考信号不限定为脉冲信号Duty的二阶滤波信号Vsen。凡是直流(DC)数值与脉冲信号Vcon的工作周期(ton/T，duty cycle)相关者，都可能用来实现本案第二参考信号。
此外，驱动电路108为选用电路，视电路运作需求选用。
特别是，整流电路不限定如102所示结构，也不限定为降压形式。
图2示意负载补偿电路104的一种实施方式。第一N型晶体管N1耦接于第一电位源VA与地端之间，其根据脉冲信号Duty动作。该第一电位源VA为根据该脉冲信号Duty起伏的方波。第一电位源VA与脉冲信号Duty可在摆幅上有区别。第一电位源VA还经第一电阻R1再经第一电容C1耦接该地端。第一电阻R1与第一电容C1之间的一第一接点n1提供所述一阶滤波信号Vramp，可为链波形式。第一接点n1还经第二电阻R2再经该第二电容C2耦接该地端。第二电阻R2与第二电容C2之间的一第二接点n2提供所述二阶滤波信号Vsen，可为直流(DC)值，如，Vsen=VA·D，其中VA代表第一电位源VA的振幅，D代表脉冲信号Ton/Duty/Vcon的工作区间(Dutycycle)。
图3示意作用区间设定电路106的一种实施方式。电流源I由第二电位源VB供电。第二电位源VB为根据该脉冲信号Ton/Duty/Vcon起伏的方波。第三电容C3接收该电流源I的电流，与电流源I相接于第三接点n3。第二比较器Comp2将作为第二参考信号用的二阶滤波信号Vsen与第三接点n3的电位作比较，以决定该脉冲信号Ton/Duty/Vcon的作用区间ton。第二N型晶体管N2耦接于第三节点n3以及地端之间，随该第一比较器输出Comp1_Out动作。作用区间ton是与第三电容C3的充电状况有关。假设电流源I供应电流值为VB/RI，第二电位源VB与第一电位源VA是在振幅上不同(VB=K·VA)，则作用区间ton可以下列方式估算：
若以FSW标示脉冲信号Ton/Duty/Vcon的频率，ton=D/FSW。因此，脉冲信号Ton/Duty/Vcon是以定频K/(RI×C3)操作。如此定频操作方式使得抗电磁干扰设计更为容易。在一实施例中，电位源VA以及电位源VB皆为来自整流电路控制芯片外部的电位源。在另一实施例中，电位源VA以及电位源VB皆为来自整流电路控制芯片内部的电位源。在又一实施例中，电位源VA以及电位源VB的一者为来自整流电路控制芯片外部的电位源。
图4为图1电压转换器100的信号图，其中采用图2所示的负载补偿电路以及图3所示的作用区间设定电路。图中显示，即便等效串接阻抗(ESR)过小(其跨压Vesr振荡远小于等效电容跨压Vc_ripple振荡，使得输出电位Vo明显随等效电容跨压Vc_ripple振荡)，输出电位Vo的振荡状况会与其比较参考Vref+Vramp抵消，且脉冲信号Vcon是以定频(定周期T)供应可调适的作用区间(如，不限定为定值的ton1与ton2)动作。整流电路102的电流iL也因而妥善限制在适当范围。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟悉此项技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (7)

1.一种电压转换器，其特征在于，该电压转换器包括：
一整流电路，根据一脉冲信号将一输入电位整流成一输出电位；
一第一比较器，将一第一参考信号与该输出电位的一反馈值作比较，以产生一第一比较器输出，该第一参考信号随该脉冲信号的作用区间起伏；以及
一作用区间设定电路，随该第一比较器输出使该脉冲信号进入作用区间，并根据一第二参考信号结束该脉冲信号的作用区间，该第二参考信号的直流数值与该脉冲信号的工作周期相关；
一负载补偿电路，对该脉冲信号作一阶滤波与二阶滤波，以分别产生一阶滤波信号以及二阶滤波信号；
其中，该一阶滤波信号以及该二阶滤波信号用于产生该第一参考信号，且该二阶滤波信号作为该第二参考信号。
2.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，该负载补偿电路包括：
一第一N型晶体管，耦接于一第一电位源与一地端之间，根据该脉冲信号动作，该第一电位源为根据该脉冲信号起伏的方波；
一第一电阻以及一第一电容，使该第一电位源经该第一电阻再经该第一电容耦接该地端，该第一电阻与该第一电容之间的一第一接点提供该一阶滤波信号；以及
一第二电阻以及一第二电容，使该第一接点经该第二电阻再经该第二电容耦接该地端，该第二电阻与该第二电容之间的一第二接点提供该二阶滤波信号。
3.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，该作用区间设定电路包括：
一电流源，由一第二电位源供电，该第二电位源为根据该脉冲信号起伏的方波；
一第三电容，接收该电流源的电流到一地端；以及
一第二比较器，将该第二参考信号与该电流源以及该第三电容之间的一第三接点的电位作比较，以决定该脉冲信号的作用区间。
4.如权利要求3所述的电压转换器，其特征在于，该第一比较器包括一第一差动输入对以及一第二差动输入对、且对上述第一与第二差动输入对所接收的信号作比较，该第一差动输入对的负端输入以及正端输入分别接收上述一阶以及二阶滤波信号，且该第二差动输入对的正端输入、以及负端输入分别接收一定值参考信号、以及该输出电位的分压电位。
5.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，还包括：
一驱动电路，接收该作用区间设定电路的输出，以调整该脉冲信号的驱动能力后供应给该整流电路以及该负载补偿电路。
6.一种整流电路控制芯片，用以提供一脉冲信号控制一整流电路将一输入电位整流成一输出电位，其特征在于，该控制芯片包括：
一第一比较器，将一第一参考信号与该输出电位的一反馈值作比较，以产生一第一比较器输出，该第一参考信号随该脉冲信号的作用区间起伏；
一作用区间设定电路，随该第一比较器输出使该脉冲信号进入作用区间，并根据一第二参考信号结束该脉冲信号的作用区间，该第二参考信号的直流数值与该脉冲信号的工作周期相关；
一第一接脚，耦接该整流电路，使该整流电路得以根据上述脉冲信号动作；以及
一第二接脚，耦接该输出电位；
一负载补偿电路，对该脉冲信号作一阶滤波与二阶滤波，以分别产生一阶滤波信号以及二阶滤波信号；
其中，该一阶滤波信号以及该二阶滤波信号用于产生该第一参考信号，且该二阶滤波信号作为该第二参考信号。
7.如权利要求6所述的整流电路控制芯片，其特征在于，该控制芯片还包括：
一驱动电路，接收该作用区间设定电路的输出，以调整该脉冲信号的驱动能力后供应给该整流电路以及该负载补偿电路。
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