CN104967314B - 电源转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露了一种电源转换器，包含：波形产生器，接收输入电压，根据第一控制信号与第二控制信号将该输入信号转换为方波信号；低通滤波器，对方波信号进行滤波，以产生输出电压；第一控制电路，根据方波信号与输出电压产生第一控制信号；以及第二控制电路，根据方波信号与输出信号产生第二控制信号。本发明的电源转换器能够提供稳定及精确的输出电压。
Description
技术领域
本申请大致有关于一种电源转换器(power converter)，特别地，本申请有关于一种直流-直流(Direct Current to Direct Current)转换器。
背景技术
电源转换器对于许多调制电子设备来说都是必不可少的。除了别的功能，电源转换器能够向上或向下调节电平。电源转换器也能将交流电源转换为直流电源，反之亦然。电源转换器一般都是用一个或多个开关装置来实施，例如是晶体管，其能够开启或关闭来将电源输送到转换器的输出。电源转换器也包含一个或多个电容或电感。
发明内容
为了解决现有技术中的问题，本发明特提出一种新的电源转换器。
本发明的一个实施例揭露了一种电源转换器，包含：波形产生器，接收输入电压，根据第一控制信号与第二控制信号将该输入信号转换为方波信号；低通滤波器，对方波信号进行滤波，以产生输出电压；第一控制电路，根据方波信号与输出电压产生第一控制信号；以及第二控制电路，根据方波信号与输出信号产生第二控制信号。
本发明的电源转换器能够提供稳定及精确的输出电压。
附图说明
图1显示根据本发明的实施例的电源转换器的示意图。
图2显示根据本发明的实施例的电源转换器的示意图。
图3A-3D显示根据本发明的实施例的第一控制电路的示意图。
图4A-4D显示根据本发明的实施例的第一控制电路的操作示意图。
图5A-5D显示根据本发明的实施例的第二控制电路的示意图。
图6A-6D显示根据本发明的实施例的第二控制电路的操作示意图。
具体实施方式
下列说明提供各种不同的实施例作为实施本发明的不同特征的举例。下面描述的元件以及相互连接的具体例子都是将本发明的技术方案简化而成。这些，当然都仅仅是举例，而非本发明的限定。另外，本说明书可能在不同的例子中重复一些参考标号以及/或参考字母。这些重复是为了简单而明确地描述本发明，其本身并不代表不同说明实施例中的关系及/或设置。
图1显示根据本发明的实施例的电源转换器100的示意图。较佳地，电源转换器100是一个直流-直流转换器。如图1所示，电源转换器100至少包含方波产生器110，低通滤波器120，第一控制电路130以及第二控制电路140。方波产生器110接收输入电压VIN。输入电压VIN可以是从直流电源供电电路来的直流供电电压。方波产生器110根据第一控制信号SC1及第二控制信号SC2，将输入信号VIN在开关节点(switch node)NW处转换为方波。低通滤波器120过滤方波信号S1，以在输出节点NT产生输出电压VOUT。理想地，输出电压VOUT可仅包含方波信号S1的直流成分。开关节点NW与输出节点NT进一步被送到第一控制电路130与第二控制电路140，因此方波信号S1与输出电压VOUT被进一步发送回第一控制电路130与第二控制电路140。第一控制电路130根据方波信号S1与输出电压VOUT产生第一控制信号SC1。第二控制电路140根据方波信号S1与输出电压VOUT产生第二控制信号SC2。简单来说，电源转换器100由两个分别的反馈电路控制，并用来提供稳定及精确的输出电压VOUT。第一控制电路130负责控制方波信号S1的下降沿，第二控制电路140负责控制方波信号S1的上升沿。图1中的每个模块的详细结构请参考下面的实施例。可以了解的是每个模块都可以用许多方式来实施，下面的实施例与图示仅仅是例子，而非本发明的限制。
图2显示根据本发明的实施例的电源转换器200的示意图。在图2的实施例中，方波产生器110包含栅极驱动器(gate driver)115，第一PMOS晶体管MP1，第一NMOS晶体管MN1。栅极驱动器115根据第一控制信号SC1与第二控制信号SC2产生驱动信号S2。举例来说，当栅极驱动器115接收第一控制信号SC1的反信号的脉冲时，栅极驱动器115可将驱动信号S2从逻辑低电平转变为逻辑高电平，并当栅极驱动器115接收第二控制信号SC2的反信号的脉冲时，栅极驱动器115可将驱动信号S2从高逻辑电平转变为低逻辑电平。第一PMOS晶体管MP1包含用来接收驱动信号S2的栅极，耦接到输入电压VIN的源极，以及耦接到开关节点NW的漏极。第一NMOS晶体管MN1具有用来接收驱动信号S2的栅极，耦接到地电压VSS(例如0V)的源极，以及耦接到开关节点NW的漏极。开关节点NW用来从方波产生器110输出方波信号S1。第一PMOS晶体管MP1与第一NMOS晶体管MN1可组成反相器。驱动信号S2可以是一个大电流，用来驱动及控制反相器的输入端。方波产生器110可根据驱动信号S2，通过周期性地开启及关闭反相器来产生方波信号S1。结果，方波信号S1可具有与输入电压VIN相等的逻辑高电平，以及与地电压VSS相等的逻辑低电平。在图2的实施例中，低通滤波器120包含第一电感L1与第一电容C1。第一电感L1耦接在开关节点NW与输出节点NT之间。第一电容C1耦接在输出节点NT与地电压VSS之间。输出节点NT用来从低通滤波器120输出输出电压VOUT。低通滤波器120可从方波信号S1中大致消除交流成分，因此输出电压VOUT大致由方波信号S1的直流成分组成。
组成两条分别的反馈路径的第一控制电路130与第二控制电路140，可用各种电路元件来实施。请参考下面的实施例与图示来理解。
图3A显示根据本发明的实施例的第一控制电路130A的示意图。在图3A的实施例中，第一控制电路130A包含第一比较器310，第一直流电压源320，第一电流源330，第一开关340以及第二电容C2。第一比较器310具有第一正输入端，耦接到第一节点N1的第一负输入端，以及用来输出第一控制信号SC1的第一输出端。第一直流电压源320提供电压差VH。第一直流电压源320具有耦接到第一正输入端的正电极，以及耦接到参考电压VREF的负电极。第一电流源330输出第一电流I1至第一节点N1。第二电容C2耦接在第一节点N1与输出电压VOUT之间。第一开关340耦接在第一节点N1与输出电压VOUT之间(也就是说，第一开关与340与第二电容C2是平行耦接的)，并根据方波信号S1选择性地关闭及开启。
图4A显示根据本发明的实施例的第一控制电路130A的操作示意图。请一并参考图3A与图4A。输出电压VOUT包含直流成分与相对小的交流成分，而参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低的时段。第一开关340由方波信号S1控制，并在方波信号S1的逻辑高时段内开启，在方波信号S1的逻辑低时段内关闭。当第一开关340开启时，第二电容C2由第一电流I1充电，第一节点N1处的电压从原始输出电压VOUT开始渐渐增加。接着，第一节点N1处的电压被拉升至一个阈值，其是参考电压VREF加上电压差VH。此时，第一比较器310产生第一控制信号SC1的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑高时段，第一开关340也相应关闭。更具体地，第一控制信号SC1的反信号的脉冲可拉升栅极驱动器115的驱动信号S2，来关闭第一PMOS晶体管MP1并开启第一NMOS晶体管MN1,如此方波信号S1的当前逻辑高时段被结束。当第一开关340关闭时，第一节点N1处的电压重设至原始输出电压VOUT，其可在方波信号S1下次进入逻辑高时段之前都不改变。
图3B显示根据本发明的实施例的第一控制电路130B的示意图。在图3B的实施例中，第一控制电路130B包含第一比较器310，第一直流电压源320，第一电流源330，第一开关340，第二电流源350，第二NMOS晶体管MN2，第三NMOS晶体管MN3以及第二电容C2。第一比较器310具有耦接到第一节点N1的第一正输入端，耦接到第二节点N2的第一负输入端，以及用于输出第一控制信号SC1的第一输出端。第二NMOS晶体管MN2具有栅极，耦接到第二节点N2的源极，以及耦接到供电电压VDD的漏极。供电电压VDD可与输入电压VIN相同或不同。第一电流源330从第二节点N2获得第一电流I1。第一直流电压源320提供电压差VH。第一直流电压源320具有耦接到输出电压VOUT的正电极，以及耦接到第二NMOS晶体管MN2的栅极的负电极。第三NMOS晶体管MN3具有耦接到参考电压VREF的栅极，耦接到第三节点N3的源极，以及耦接到供电电压VDD的漏极。第二电容C2耦接在第三节点N3以及N1之间。第一开关340耦接在第三节点N3与第一节点N1之间，并根据方波信号S1选择性关闭及开启。第二电流源350从第一节点N1获得第二电流I2。
图4B显示根据本发明的实施例的第一控制电路130B的操作示意图。请一并参考图3B与图4B。输出电压VOUT包含直流成分以及相对小的交流成分，因此参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低的时段。第一开关340由方波信号S1控制，其在方波信号S1的逻辑高的时段内开启，并在方波信号S1的逻辑低的时段内关闭。当第一开关340开启时，第二电容C2由第二电流I2充电，在第一节点N1处的电压从原始参考电压VREF开始渐渐减少(第二NMOS晶体管MN2与第三NMOS晶体管MN3分别耦接到第一比较器310的第一负输入端与第一正输入端，因为它们提供相等的栅极-源极电压差，栅极-源极的电压差可在本讨论中忽略；也就是说，假设栅极-源极电压差是等于0，结果也是不变的)。接着，在第一节点N1处的电压被拉低到一个阈值，其是输出电压VOUT减去电压差VH。此时，第一比较器310产生第一控制信号SC1的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑高时段，并且第一开关340也相应关闭。更具体地，第一控制信号SC1的反信号的脉冲可拉升栅极驱动器115的驱动信号S2，来关闭第一PMOS晶体管MP1并开启第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑高时段被结束。当第一开关340关闭时，第一节点N1处的电压重设至参考电压VREF，且其在直到方波信号S1下次进入逻辑高时段之前都不会改变。
图3C显示根据本发明的实施例的第一控制电路130C的示意图。在图3C的实施例中，第一控制电路130C包含第一比较器310，第一直流电压源320，第一电流源330，第一开关340，第二电流源350，第二NMOS晶体管MN2，第三NMOS晶体管MN3以及第二电容C2。第一比较器310具有耦接到第一节点N1的第一正输入端，耦接到第二节点N2的第一负输入端，以及用来输出第一控制信号SC1的第一输出端。第二NMOS晶体管MN2具有耦接到输出电压VOUT的栅极，耦接到第二节点N2的源极，以及耦接到供电电压VDD的漏极。供电电压VDD可与输出电压VIN相同或不同。第一电流源330从第二节点N2获得第一电流I1。第三NMOS晶体管MN3具有栅极，耦接到第三节点N3的源极，以及耦接到供电电压VDD的漏极。第一直流电压源320提供电压差VH。第一直流电压源320具有耦接到第三晶体管MN3的栅极的正电极，以及耦接到参考电压VREF的负电极。第二电容C2耦接在第三节点N3与第一节点N1之间。第一开关340耦接在第三节点N3与第一节点N1之间，并根据方波信号S1选择性关闭及开启。第二电流源350从第一节点N1获得第二电流I2。
图4C显示根据本发明的实施例的第一控制电路130C的操作示意图。请一并参考图3C与图4C。输出电压VOUT包含直流成分以及较小的交流成分，且参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低时段。第一开关340由方波信号S1控制，在方波信号S1的逻辑高时段开启，在方波信号S1的逻辑低时段关闭。当第一开关340开启时，第二电容C2由第二电流I2充电，且第一节点N1处的电压渐渐从原始参考电压VREF加上电压差VH开始减少(第二NMOS晶体管MN2与第三NMOS晶体管MN3分别耦接到地比较器310的第一负输入端与第一正输入端，因为它们提供相等的栅极-源极电压差，本次讨论中忽略这些栅极-源极电压差；也就是说，假设栅极-源极电压差都等于0，结果也不会变化)。接着，在第一节点N1处的电压被拉低至一个阈值，其为输出电压VOUT。此时，第一比较器310产生第一控制信号SC1的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑高的时段，且第一开关340也相应关闭。更具体地，第一控制信号SC1的反信号的脉冲可拉升栅极驱动器115的驱动信号S2，来关闭第一PMOS晶体管MP1并开启第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑高时段被结束。当第一开关340关闭时，在第一节点N1处的电压重设至参考电压VREF加上电压差VH，且在方波信号S1下次进入逻辑高时段之前不会变化。
图3D显示根据本发明的实施例的第一控制电路130D的示意图。在图3D的实施例中，第一控制电路130D包含第一比较器310，第一直流电压源320，第一电流源330，第一开关340，第二电流源350，第二PMOS晶体管MP2，第三PMOS晶体管MP3以及第二电容C2。第一比较器310具有耦接到第一节点N1的第一正输入端，耦接到第二节点N2的第一负输入端，以及用于输出第一控制信号SC1的第一输出端。第一电流源330输出第一电流I1至第一节点N1。第二PMOS晶体管MP2具有耦接到参考电压VREF的栅极，耦接到第一节点N1的源极，以及耦接到地电压VSS的漏极。第二电流源350输出第二电流I2至第二节点N2。第二电容C2耦接在第二节点N2与第三节点N3之间。第一开关340耦接在第二节点N2与第三节点N3之间，并根据方波信号S1关闭及开启。第三PMOS晶体管MP3具有栅极，耦接到第三节点N3的源极，以及耦接到地电压VSS的漏极。第一直流电压源320提供电压差VH。第一直流电压源320具有耦接到输出电压VOUT的正电极，以及耦接到第三PMOS晶体管MP3的负电极。
图4D显示根据本发明的实施例的第一控制电路130D的操作示意图。请一并参考图3D与图4D。输出电压VOUT包含直流成分与较小的交流成分，参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低的时段。第一开关340由方波信号S1控制，其在方波信号S1的逻辑高的时段开启，在方波信号S1的逻辑低的时段关闭。当第一开关340开启时，第二电容C2由第二电流I2充电，且第二节点N2处的电压从原始输出电压VOUT减电压差VH开始渐渐增加(第二PMOS晶体管MP2与第三PMOS晶体管MP3分别耦接到第一比较器310的第一正输入端与第一负输入端，因为它们提供相等的栅极-源极电压差，在本次讨论中，栅极-源极电压差可忽略；也就是说，假设栅极-源极电压差是等于0，结果也不会变化)。接着，在第二节点N2处的电压拉升到一个阈值，其为参考电压VREF。此时，第一比较器310产生第一控制信号SC1的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑高时段，第一开关340也相应关闭。更具体地，第一控制信号SC1的反信号的脉冲可拉升栅极驱动器115的驱动信号S2，来关闭第一PMOS晶体管MP1并开启第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑高时段被结束。当第一开关340关闭时，在第二节点N2处的电压重设至输出电压VOUT减电压差VH，其可在方波信号S1下次进入逻辑高时段前不变。根据图3A-3D与4A-4D的实施例，第一控制电路130用来判断方波信号S1的每个逻辑高时段的终点。对于上述的所有实施例，第一电流源330的第一电流I1及第二电流源350的第二电流I2可根据下面等式(1)设置：
I1＝I2＝(VIN-VOUT)×K1...............(1)
其中K1是第一常数。
也就是说，第一电流I1及第二电流I2中的每一个都与输入电压VIN和输出电压VOUT之间的差值成比例。根据一些测量结果，这样的设计能使方波信号S1的逻辑高时段更好控制，因此能改善电源转换器100的可靠性。总的来说，方波信号S1控制第一控制电路130中的电容的充电操作，第一控制电路130的比较器然后根据电容的电压产生第一控制信号SC1、输出电压VOUT及既定电压差(predetermined voltage difference)VTH。
图5A显示根据本发明的实施例的第二控制电路140A。在图5A的实施例中，第二控制电路140A包含第二比较器510，第二直流电压源520，第三电流源530，第二开关540，第四电流源550，第三电容C3，第四PMOS晶体管MP4以及第五PMOS晶体管MP5。第二比较器510具有耦接到第四节点N4的第二正输入端，耦接到第五节点N5的第二负输入端，以及用于输出第二控制信号SC2的第二输出端。第三电流源530输出第三电流I3至第四节点N4。第四PMOS晶体管MP4具有栅极，耦接到第四节点N4的源极，以及耦接到地电压VSS的漏极。第二直流电压源520提供电压差VH。第二直流电压源520具有耦接到第四PMOS晶体管MP4的栅极的正电极，以及耦接到输出电压VOUT的负电极。第四电流源550输出第四电流I4给第五节点N5。第三电容C3耦接在第五节点N5与第六节点N6之间。第二开关540耦接在第五节点N5与第六节点N6之间，并根据方波信号S1选择性关闭及开启。第五PMOS晶体管MP5具有耦接到参考电压VREF的栅极，耦接到第六节点N6的源极，以及耦接到地电压VSS的漏极。
图6A显示根据本发明的实施例的第二控制电路140A的操作的示意图。请一并参考图5A与图6A。输出电压VOUT包含直流成分与较小的交流成分，参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低时段。第二开关540由方波信号S1控制，并在方波信号S1的逻辑低时段开启，在方波信号S1的逻辑高时段关闭。当第二开关540开启时，第三电容C3由第四电流I4充电，且第五节点N5处的电压从原始参考电压VREF开始渐渐增加(第四PMOS晶体管MP4与第五PMOS晶体管MP5分别耦接到第二比较器510的第二正输入端与第二负输入端，因为它们提供相等的栅极-源极电压差，在此讨论中栅极-源极电压差可被忽略；也就是说，假设栅极-源极电压差等于0，结果也不会改变)。接着，在第五节点N5的电压拉升至一个阈值，其为输出电压VOUT加上电压差VH。此时，第二比较器510产生第二控制信号SC2的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑低时段，第二开关540也相应关闭。更具体地，第二信号SC2的反信号的脉冲可拉低栅极驱动器115的驱动信号S2，来开启第一PMOS晶体管MP1并关闭第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑低时段被结束。当第二开关540关闭时，第五节点N5处的电压重设至参考电压VREF，其在方波信号S1下次进入逻辑低时段前都不会改变。
图5B显示根据本发明的实施例的第二控制电路140B。在图5B的实施例中，第二控制电路140B包含第二比较器510，第二直流电压源520，第三电流源530，第二开关540，第三电容C3。第二比较器510具有耦接到第四节点N4的第二正输入端，第二负输入端，以及用于输出第二控制信号SC2的第二输出端。第二直流电压源520提供电压差VH。第二直流电压源520具有耦接到参考电压VREF的正电极，以及耦接到比较器510的第二负输入端的负电极。第三电容C3耦接在输出电压VOUT与第四节点N4之间。第二开关540耦接在输出电压VOUT与第四节点N4之间，并根据方波信号S1选择性关闭及开启。第三电流源530从第四节点N4获得第三电流I3。
图6B显示根据本发明的实施例的第二控制电路140B的操作示意图。请一并参考图5B与图6B。输出电压VOUT包含直流成分与较小的交流成分，参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低时段。第二开关540由方波信号S1控制，并在方波信号S1的逻辑低时段开启，在方波信号S1的逻辑高时段关闭。当第二开关540开启时，第三电容C3由第三电流I3充电，且第四节点N4处的电压从原始输出电压VOUT开始渐渐减少。接着，在第四节点N4的电压拉低至一个阈值，其为参考电压VREF减去电压差VH。此时，第二比较器510产生第二控制信号SC2的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑低时段，第二开关540也相应关闭。更具体地，第二信号SC2的反信号的脉冲可拉低栅极驱动器115的驱动信号S2，来开启第一PMOS晶体管MP1并关闭第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑低时段被结束。当第二开关540关闭时，第四节点N4处的电压重设至参考电压VOUT，其在方波信号S1下次进入逻辑低时段前都不会改变。
图5C显示根据本发明的实施例的第二控制电路140C。在图5C的实施例中，第二控制电路140C包含第二比较器510，第二直流电压源520，第三电流源530，第二开关540，第四电流源550，第三电容C3，第四NMOS晶体管MN4以及第五NMOS晶体管MN5。第二比较器510具有耦接到第四节点N4的第二正输入端，耦接到第五节点N5的第二负输入端，以及用于输出第二控制信号SC2的第二输出端。第三电流源530从第五节点N5获得第三电流I3。第四NMOS晶体管MN4具有耦接到参考电压VREF的栅极，耦接到第五节点N5的源极，以及耦接到供电电压VDD的漏极。供电电压VDD可与输入电压VIN相同或不同。第五NMOS晶体管MN5具有栅极，耦接到第六节点N6的源极，以及耦接到供电电压VDD的漏极。第二直流电压源520提供电压差VH。第二直流电压源520具有耦接到第五PMOS晶体管MN5的栅极的正电极，以及耦接到输出电压VOUT的负电极。第三电容C3耦接在第六节点N6与第四节点N4之间。第二开关540耦接在第六节点N6与第四节点N4之间，并根据方波信号S1选择性关闭及开启。第四电流源550从第四节点N4获得第四电流I4。
图6C显示根据本发明的实施例的第二控制电路140C的操作示意图。请一并参考图5C与图6C。输出电压VOUT包含直流成分与较小的交流成分，参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低时段。第二开关540由方波信号S1控制，并在方波信号S1的逻辑低时段开启，在方波信号S1的逻辑高时段关闭。当第二开关540开启时，第三电容C3由第四电流I4充电，且第四节点N4处的电压从原始输出电压VOUT加上电压差VH开始渐渐减少(第四NMOS晶体管MN4与第五NMOS晶体管MN5分别耦接到第二比较器510的第二负输入端与第二正输入端，因为它们提供相等的栅极-源极电压差，在此讨论中栅极-源极电压差可被忽略；也就是说，假设栅极-源极电压差等于0，结果也不会改变)。接着，在第五节点N4的电压拉低至一个阈值，其为参考电压VREF。此时，第二比较器510产生第二控制信号SC2的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑低时段，第二开关540也相应关闭。更具体地，第二信号SC2的反信号的脉冲可拉低栅极驱动器115的驱动信号S2，来开启第一PMOS晶体管MP1并关闭第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑低时段被结束。当第二开关540关闭时，第四节点N4处的电压重设至输出电压VOUT加上电压差VH，其在方波信号S1下次进入逻辑低时段前都不会改变。
图5D显示根据本发明的实施例的第二控制电路140D。在图5D的实施例中，第二控制电路140D包含第二比较器510，第二直流电压源520，第三电流源530，第二开关540，第四电流源550，第三电容C3，第四PMOS晶体管MP4，第五PMOS晶体管MP5。第二比较器510具有耦接到第四节点N4的第二正输入端，耦接到第五节点N5的第二负输入端，以及用于输出第二控制信号SC2的第二输出端。第三电流源530输出第三电流I3至第四节点N4。第四PMOS晶体管MP4具有耦接到输出电压VOUT的栅极，耦接到第四节点N4的源极，以及耦接到地电压VSS的漏极。第四电流源550输出第四电流I4至第五节点N5。第三电容C3耦接在第五节点N5与第六节点N6之间。第二开关540耦接在第五节点N5与第六节点N6之间，并根据方波信号S1选择性关闭及开启。第五PMOS晶体管MP5具有栅极，耦接到第六节点N6的源极，以及耦接到地电压VSS的漏极。第二直流电压源520提供电压差VH。第二直流电压源520具有耦接到参考电压VREF的正电极，以及耦接到第五PMOS晶体管MP5的栅极的负电极。
图6D显示根据本发明的实施例的第二控制电路140D的操作示意图。请一并参考图5D与图6D。输出电压VOUT包含直流成分与较小的交流成分，参考电压VREF约等于直流成分。方波信号S1包含交错的逻辑高与逻辑低时段。第二开关540由方波信号S1控制，并在方波信号S1的逻辑低时段开启，在方波信号S1的逻辑高时段关闭。当第二开关540开启时，第三电容C3由第四电流I4充电，且第五节点N5处的电压从原始参考电压VREF减电压差VH开始渐渐增加(第四PMOS晶体管MP4与第五PMOS晶体管MP5分别耦接到第二比较器510的第二正输入端与第二负输入端，因为它们提供相等的栅极-源极电压差，在此讨论中栅极-源极电压差可被忽略；也就是说，假设栅极-源极电压差等于0，结果也不会改变)。接着，在第五节点N5的电压拉升至一个阈值，其为输出电压VOUT。此时，第二比较器510产生第二控制信号SC2的反信号，以控制方波产生器110来结束方波信号S1的当前逻辑低时段，第二开关540也相应关闭。更具体地，第二信号SC2的反信号的脉冲可拉低栅极驱动器115的驱动信号S2，来开启第一PMOS晶体管MP1并关闭第一NMOS晶体管MN1，如此方波信号S1的当前逻辑低时段被结束。当第二开关540关闭时，第五节点N5处的电压重设至参考电压VREF减去电压差VH，其在方波信号S1下次进入逻辑低时段前都不会改变。
根据图FIGS.5A-5D与6A-6D的实施例，第二控制电路140用来判断方波信号S1的每个逻辑低时段的终点。对于上述的所有实施例，第三电流源530的第三电流I3及第四电流源550的第四电流I4可根据下面等式(2)设置：
I3＝I4＝VOUT×K2.....................(2)
其中K2是第一常数。
也就是说，第一电流I3及第二电流I4中的每一个都与输出电压VOUT成比例。根据一些测量结果，这样的设计能使方波信号S1的逻辑低时段更好控制，因此能改善电源转换器100的可靠性。总的来说，方波信号S1控制第二控制电路140中的电容的充电操作，第二控制电路140的比较器然后根据电容的电压、输出电压VOUT及既定电压差VTH产生第二控制信号SC2。在一些实施例中，等式(2)的第二常数K2与等式(1)的常数K1相等。
本说明书提供一种由两个分别控制电路控制的电源转换器。这两个控制电路形成不同反馈路径，且分别判断方波产生器的逻辑高与逻辑低时段。通过恰当控制方波产生器的逻辑时段的控制，本发明的电源转换器能产生稳定而精确的输出电压VOUT。
在权利要求中元件使用的顺序词例如“第一”、“第二”、“第三”等，其本身并不表示任何优先级、级别高低(precedence)，也不表示权利要求的一个元件在另一个元件之前，或者代表执行方法的时间顺序，这些顺序词只是像标签一样用来区分权利要求中的一个元件与另一个具有同样名字(如果没有顺序词的话)的元件，以作区别。
本发明可在不偏离其精神或必要特征的情况下，以其他特定形式呈现。前面描述的实施例的各方面都应从阐释的角度而非限制的角度来解读。因此本发明的范围是由所附的权利要求限定而非上面的说明。所有在权利要求的本意及其等同范围内的更动都应视为落入权利要求的范围内。
Claims (16)
1.一种电源转换器，包含：
方波产生器，接收输入电压，根据第一控制信号与第二控制信号将该输入电压转换为方波信号；
低通滤波器，对该方波信号进行滤波，以产生输出电压；
第一控制电路，根据该方波信号与该输出电压产生该第一控制信号；以及
第二控制电路，根据该方波信号与该输出电压产生该第二控制信号；
其中，该第一控制电路包含第一比较器与第一电容，该方波信号控制该第一电容的充电操作，该第一比较器根据该第一电容的电压、该输出电压以及既定电压差产生该第一控制信号。
2.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该方波产生器包含：
驱动器，根据该第一控制信号与该第二控制信号产生驱动信号；
第一PMOS晶体管，其中该第一PMOS晶体管具有用于接收该驱动信号的栅极，耦接到该输入电压的源极，以及耦接到开关节点的漏极；以及
第一NMOS晶体管，其中该第一NMOS晶体管具有用于接收该驱动信号的栅极，耦接到地电压的源极，以及耦接到该开关节点的漏极，其中该开关节点用于输出该方波信号。
3.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该第一控制电路产生该第一控制信号来控制该方波信号的下降沿，且该第二控制电路产生该第二控制信号来控制该方波信号的上升沿。
4.如权利要求3所述的电源转换器，其特征在于，该第一控制电路更包含：
第一电流源，输出第一电流，用于对该第一电容充电或放电。
5.如权利要求4所述的电源转换器，其特征在于，该第一电流是与该输入电压与该输出电压之间的差值成比例。
6.如权利要求4所述的电源转换器，其特征在于，该第一控制电路更包含：
第二电流源，输出第二电流，其中该第一电流源耦接到该第一比较器的第一输入端，该第二电流源耦接到该第一比较器的第二输入端。
7.如权利要求6所述的电源转换器，其特征在于，该第二电流源是与该输入电压与该输出电压之间的差值成比例。
8.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该第一控制电路更包含：
第一晶体管，耦接到该第一比较器的第一输入端；以及
第二晶体管，耦接到该第一比较器的第二输入端。
9.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该方波信号控制与该第一电容平行耦接的开关的开启/关闭状态，以控制该第一电容的充电操作。
10.如权利要求1所述的电源转换器，其特征在于，该第二控制电路包含第二比较器与第二电容，该方波信号控制该第二电容的充电操作，该第二比较器根据该第二电容的电压、该输出电压及既定电压差产生该第二控制信号。
11.如权利要求10所述的电源转换器，其特征在于，该第二控制电路更包含：
第一电流源，输出第一电流来对该第二电容充电或放电。
12.如权利要求11所述的电源转换器，其特征在于，该第一电流与该输出电压成比例。
13.如权利要求11所述的电源转换器，其特征在于，该第二控制电路更包含：
第二电流源，输出第二电流，其中该第一电流源耦接到该第二比较器的第一输入端，该第二电流源耦接到该第二比较器的第二输入端。
14.如权利要求13所述的电源转换器，其特征在于，该第二电流与该输出电压成比例。
15.如权利要求10所述的电源转换器，其特征在于，该第二控制电路更包含：
第一晶体管，耦接到该第二比较器的第一输入端；以及
第二晶体管，耦接到该第二比较器的第二输入端。
16.如权利要求10所述的电源转换器，其特征在于，该方波信号控制与该第二电容平行耦接的开关的开启/关闭状态，以控制该第二电容的充电操作。
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