CN106374743B - 基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置，能够侦测电压转换器的瞬态事件，包括比较器、逻辑电路和控制器。比较器根据控制器的两个合成信号产生逻辑控制信号至逻辑电路。逻辑电路产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号，以根据逻辑控制信号给电压转换器的输出级电路的输出电容充电。控制器耦通过产生斜坡电压信号的方式，以及基于参考电压放大输出电压纹波信号的方式产生所述两个合成信号至比较器，以及，用于根据被放大后的输出电压纹波信号侦测瞬态事件并动态地调整脉冲控制信号的导通时间脉冲宽度。本发明还提供了一种相关的方法。采用本发明，能够侦测瞬态事件，且侦测到瞬态事件时能够适应性地调整导通时间脉冲宽度。

Description

基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置及方法
技术领域
本发明涉及一种电压转换器(voltage converter)方案，更特别地，涉及一种在电压转换器中使用的基于恒定导通时间(on-time)脉冲宽度控制的装置及方法，且具有快速瞬态响应能力和响应瞬态事件的发生而自适应调整所述导通时间脉冲宽度的灵活性。
背景技术
通常来讲，传统的恒定导通时间控制器往往受其输出电容的小等效串联电阻(equivalent series resistor，ESR)的限制。由于ESR太小，因此传统的控制器不能够有效地反映/侦测输出电压的纹波(ripple)而难以侦测或响应瞬态事件的发生。为改善此问题，一些传统方案被提出。然而，这些传统方案中的一部分仍然不能够有效地侦测或响应瞬态事件的发生。此外，所述传统方案中的另一部分会采用某些(certain)固定值来设置所述导通时间脉冲宽度。然而，由于瞬态变化的事件并不往往是相同的，因此，采用所述固定值来设置所述导通时间脉冲宽度是不灵活的。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的之一在于提供一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置及方法，以解决上述问题。
根据本发明的实施例，公开了一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置，能够侦测电压转换器的瞬态事件。该装置包括比较器、逻辑电路和控制器。比较器用于根据控制器的两个合成信号产生逻辑控制信号至所述逻辑电路。逻辑电路耦接于所述比较器，且用于产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号，以根据所述逻辑控制信号给所述电压转换器的输出级电路的输出电容充电。控制器耦接于所述比较器和所述逻辑电路，且用于通过产生斜坡电压信号的方式，以及基于参考电压放大输出电压纹波信号的方式产生所述两个合成信号至所述比较器，以及，用于根据被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。
根据本发明实施例，公开了一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的方法，能够侦测电压转换器的瞬态事件。该包括：利用比较器根据两个合成信号产生逻辑控制信号至逻辑电路；根据所述逻辑控制信号产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号，以给所述电压转换器的输出电容充电；通过产生电压斜波信号的方式，以及基于参考电压放大输出电压纹波信号的方式产生所述两个合成信号至所述比较器；以及根据被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。
采用上述基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置或方法能够侦测电压转换器的瞬态事件，具有快速瞬态响应能力以及具有响应瞬态事件的发生而适应性调整所述导通时间脉冲宽度的灵活性。
本领域技术人员在阅读附图所示优选实施例的下述详细描述之后，可以毫无疑义地理解本发明的这些目的及其它目的。
附图说明
图1是根据本发明实施例的一种电压转换器的示意图；
图2A是根据本发明第一实施例说明图1所示的估计电路的示意图；
图2B是说明图2A所示的信号VC、VCH、VCL、VCTRL1和VCTRL2的一种示例的示意图；
图3A是根据本发明第二实施例说明图1所示的估计电路和产生器的示意图；
图3B是说明图3A和图1所示的部分信号VC1、VCH、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图；
图4A是根据本发明第三实施例说明图1所示的估计电路和产生器的示意图；
图4B是说明图4A和图1所示的部分信号VC1、VCH、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图；
图5是根据本发明第四实施例示出图1所示的估计电路和产生器的电路元件的示意图；
图6是根据本发明第五实施例示出图1所示的估计电路和产生器的电路元件的示意图；
图7A是根据本发明第六实施例说明图1所示的估计电路和产生器的电路元件的示意图；
图7B是说明图7A和图1所示的部分信号VC1、VCL、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图；
图8A是根据本发明第七实施例说明图1所示的估计电路和产生器的示意图；
图8B是说明图8A和图1所示的部分信号VC1、VCTL、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图。
具体实施方式
以下描述为本发明实施的较佳实施例。以下实施例仅用来例举阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。在通篇说明书及权利要求书当中使用了某些词汇来指称特定的元件。所属领域技术人员应可理解，制造商可能会用不同的名词来称呼同样的元件。本说明书及权利要求书并不以名称的差异来作为区别元件的方式，而是以元件在功能上的差异来作为区别的基准。本发明中使用的术语“元件”、“系统”和“装置”可以是与计算机相关的实体，其中，该计算机可以是硬件、软件、或硬件和软件的结合。在以下描述和权利要求书当中所提及的术语“包含”和“包括”为开放式用语，故应解释成“包含，但不限定于…”的意思。此外，术语“耦接”意指间接或直接的电气连接。因此，若文中描述一个装置耦接于另一装置，则代表该装置可直接电气连接于该另一装置，或者透过其它装置或连接手段间接地电气连接至该另一装置。
请参照图1，图1是根据本发明实施例的一种电压转换器100的示意图。本实施例中的电压转换器100可以是直流(DC)至直流(DC)降压(buck)转换器(但不限于此)，以及，电压转换器100可包括装置(apparatus)103和输出级电路(output stage circuit)120，其中，装置103可包括控制器105、比较器110和逻辑电路(logic circuit)115。控制器105包括误差放大器(error amplifier)1051、斜坡电压产生器(voltage ramp generator)1057和估计电路(estimation circuit)1052。逻辑电路115可包括脉冲控制信号产生器(generator)1151和控制逻辑(control logic)1153。输出级电路120可包括两个开关晶体管HSFET、LSFET、输出电感(inductor)Lout和输出电容Cout，其中，负载电流IL流经输出电感Lout。电压转换器100(如直流至直流降压转换器)用于接收直流(DC)输入电压VIN，以产生并输出具有直流输出电压的输出电压信号Vout，其中，输出电压信号Vout上可能会出现电压纹波。装置103产生脉冲控制信号Ton，以控制开关晶体管HSFET、LSFET的通/断(ON/OFF)，从而在脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度期间给电容Cout充电，以及，在脉冲控制信号Ton的断开时间(off-time)脉冲宽度期间控制电容Cout是放电的。装置103包括基于恒定导通时间脉冲宽度控制的操作，以及可被视作基于恒定导通时间脉冲宽度控制的控制器。所述基于恒定导通时间脉冲宽度控制的操作(或控制器)意味着装置103被设置为：在正常(normal)的负载条件下，于每个周期期间采用固定/恒定的导通时间脉冲宽度去控制开关晶体管HSFET、LSFET的通/断状态；若所述负载条件改变(即发生瞬态事件)，则装置103适应性地延长(extend)或减小(decrease)/缩短(shorten)所述导通时间脉冲宽度。
传统的恒定接通时间控制器会受到输出电容的小等效串联电阻(ESR)的限制；由于ESR太小，传统的控制器不能够有效地反映/侦测到输出电压纹波。这导致了传统的恒定接通时间控制器的输出电压纹波的变化太小而无法侦测到瞬态事件的发生。此外，即使传统的控制器可以侦测到瞬态事件，但传统的恒定接通时间控制器去将导通时间脉冲宽度延长至某个固定值是不灵活的。在此实施例中，控制器105以及比较器110、逻辑电路115被用来通过适应性地调整所述导通时间脉冲宽度而不是使用某个固定值的方式，有效地侦测瞬态事件的发生以及增强瞬态响应，以解决上述问题。
控制器105被配置为：通过产生斜坡电压信号Vramp的方式，以及基于参考电压Vref和输出电压信号Vout产生输出电压纹波信号Vripple并放大该输出电压纹波信号Vripple的方式，产生两个合成信号(resultant signal)VC1和VC2至比较器110；以及，用于根据被放大后的输出电压纹波信号Vripple侦测瞬态事件，以动态地调整脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。在此实施例中，所述被放大后的输出电压纹波信号Vripple和所述斜坡电压信号Vramp可分别被视作合成信号VC1和VC2。然而，这并不意味着对本发明的限制。在其它实施例中，合成信号VC1和VC2可以是对信号Vripple和Vramp做进一步处理后产生的。为方便说明，在以下实施例中，合成信号VC1以所述被放大后的输出电压纹波信号Vripple为例进行说明，合成信号VC2以所述斜坡电压信号Vramp为例进行说明，但本发明并不限于此特定实施例。比较器110用于根据两个合成信号VC1和VC2产生逻辑控制信号Sset至逻辑电路115。逻辑电路115根据逻辑控制信号Sset产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号Ton，以控制开关晶体管HSFET、LSFET。导通时间脉冲宽度的开始时刻是由逻辑控制信号Sset确定的。
实际上，误差放大器1051用于对输出电压信号Vout和参考电压Vref之间的差异(即输出电压纹波信号Vripple)进行放大，以产生被放大后的输出电压纹波信号Vripple(即误差放大器1051的输出信号)，其中，所述被放大后的输出电压纹波信号Vripple可作为合成信号VC1。信号VC1被传送至比较器110的正输入端。斜坡电压产生器1057用于产生斜坡电压信号Vramp，其中，斜坡电压信号Vramp可作为合成信号VC2，信号VC2被提供至比较器110的负输入端。所述斜坡电压信号Vramp可用来模拟(emulate)纯电流斜坡信号。当信号VC1高于信号VC2时，比较器110输出逻辑高电平作为其输出(即逻辑控制信号Sset)；以及，当信号VC1低于信号VC2时，比较器110输出逻辑低电平作为其输出。脉冲控制信号产生器1151接收直流(DC)输入电压VIN和参考电压Vref，以根据逻辑控制信号Sset产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号Ton。控制逻辑1153根据信号Ton控制开关晶体管HSFET、LSFET的通/断状态。进一步地，估计电路1052被配置为：根据被放大后的输出电压纹波信号Vripple(即VC1)侦测瞬态事件，以动态地调整所述脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。此外，估计电路1052的所述侦测操作可用来确定信号Ton的导通时间脉冲宽度的开始时刻。
估计电路1052可采用数字控制方案来动态地根据信号VC1调整脉冲控制信号Ton的接通时间脉冲宽度。请结合图2B参照图2A。图2A是根据本发明第一实施例说明图1所示的估计电路1052的示意图。图2B是说明图2A所示的信号VC、VCH、VCL、VCTRL1和VCTRL2的一种示例的示意图。估计电路1052包括阈值电压产生器1052A和比较电路1052B。阈值电压产生器1052A用于给信号VC1(如被放大后的输出电压纹波信号Vripple)产生特定的阈值电压。比较电路1052B耦接于阈值电压产生器1052A，用于比较信号VC1(如被放大后的输出电压纹波信号Vripple)和所述特定的阈值电压，以产生控制信号去适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。阈值电压产生器1052A包括电流源CSH、CSL、电阻RH、RL和电容CH、CL。比较电路1052B包括比较器COMPH、COMPL。阈值电压产生器1052A利用电流源CSH、电阻RH和电容CH来产生如图2B所示的高阈值电压VCH(换言之，阈值电压VCH是根据电流源RH和电阻RH在电容CH上产生的)，以及，比较电路1052B利用比较器COMPH来比较信号VC1和高阈值电压VCH，以产生信号VCTRL1。当信号VC1高于阈值VCH时，信号VCTRL1处于逻辑高电平；以及，当信号VC1低于阈值VCH时，信号VCTRL1处于逻辑低电平。所述高阈值电压VCH可被看作是一个缓慢变化的电平(slowly changed level)。当电压转换器100(如直流至直流降压转换器)的瞬态事件发生时，输出电压信号Vout上会产生输出电压纹波信号Vripple，且该输出电压纹波信号Vripple被误差放大器1052放大，以及被放大后的输出电压纹波信号Vripple作为信号VC1提供给估计电路1052。在一些实施例中，当电压转换器100(如直流至直流降压转换器)的瞬态事件发生时，信号VC1将急剧变化。如图2B所示，信号VC1急剧变化，且变得高于阈值VCH，以及，估计电路1052通过利用比较器COMPH比较信号VC1和阈值VCH以产生信号VCTRL1的方式，能够侦测到此瞬态事件的发生(例如，信号VCTRL1为逻辑高电平时表示瞬态事件发生)。
类似地，阈值电压产生器1052A利用电流源CSL、电阻RL和电容CL产生如图2B所示的低阈值电压VCL，以及，比较电路1052B利用比较器COMPL比较信号VC1和低阈值电压VCL，以产生信号VCTRL2。当信号VC1低于阈值VCL时，信号VCTRL2处于逻辑高电平；以及，当信号VC1高于阈值VCL时，信号VCTRL2处于逻辑低电平。所述低逻辑电平VCL也可被看作是一个缓慢变化的电平。当电压转换器100(如直流至直流降压转换器)的瞬态事件发生时，信号VC1将急剧变化。如图2B所示，信号VC1急剧变化，且变得低于阈值VCL，以及，估计电路1052通过利用比较器COMPL比较信号VC1和阈值VCL以产生信号VCTRL2的方式，能够侦测到此瞬态事件的发生(例如，信号VCTRL2为逻辑高电平时表示瞬态事件发生)。。
基于产生的信号VCTRL1和VCTRL2，估计电路1052可具有快速瞬态响应能力，以侦测瞬态事件，然后适应性地延长或缩短脉冲控制信号Ton的接通时间脉冲宽度。此外，估计电路1052能够参照所述产生的信号VCTRL1和VCTRL2在发生瞬态事件时决定导通时间脉冲宽度的开始时刻。
此外，估计电路1052可以利用模拟控制方案，以根据信号VC1动态地调整脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。请结合图3B参照图3A。图3A是根据本发明第二实施例说明估计电路1052和脉冲控制信号产生器1151的示意图。图3B是说明图3A和图1所示的部分信号VC1、VCTH、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图。估计电路1052包括阈值电压产生器1052C和跨导放大器(transconductance amplifier)1052D，以及，阈值电压产生器1052C包括电阻R1、电容C1和电流源CS1。脉冲控制信号产生器1151可包括电流源CS2、电容C2、电阻R2、比较器COMP、开关(Ton的反相信号控制该开关的通/断状态，以重置电容C2)和D型触发器DFF。阈值电压产生器1052C被配置为：利用电阻R1、电容C1和电流源CS1，给被放大后的输出电压纹波信号Vripple(如VC1)产生特定的阈值电压VCTH并将阈值电压VCTH提供至跨导放大器1052D的负输入端。跨导放大器1052D用于接收信号VC1和阈值VCTH，并参考信号VC1和阈值VCTH，以在信号VC1的电平高于阈值VCTH时给脉冲控制信号产生器1151产生输出电流。产生的电流可被视作从跨导放大器1052D的输出端流至脉冲控制信号产生器1151的源电流(source current)。脉冲控制信号产生器1151接收参考电压Vref和直流输入电压VIN，以及，所述源电流经由电阻R2和比较器COMP的负输入端之间的节点流至脉冲控制信号产生器1151，以使得所述源电流流至脉冲控制信号产生器1151时，电平Vref2被所述源电流升高至更高电平。在一些实施例中，电流源CS2提供的电流的大小与直流输入电压VIN成比例，特别地，呈正比例关系，从而，可以通过调节直流输入电压VIN来调整电流源CS2的输出。如图3B所示，无论电压转换器100是操作在轻载条件下还是重载条件下，脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度是恒定或固定的。在图3B所示的实施例中，由于图3B所示的负载变化(如从轻载条件改变为重载条件)而发生瞬态事件时，信号VC1的电平变得高于阈值VCTH。由于重载会导致输出电压信号的电压降，且VC1的电平会相应地反映所述电压降，因此，估计电路1052能够侦测出瞬态事件的发生，并识别出(identify)电压转换器100的负载从轻载条件改变为重载条件。估计电路1052用于VC1的电平和阈值VCTH的侦测操作可有助于决定导通时间脉冲宽度的开始时刻。此外，估计电路1052通过提供上述源电流至脉冲控制信号产生器1151以使得电压Vref2变得更高的方式能够适应性地延长导通时间脉冲宽度，进而决定所述导通时间脉冲宽度的结束时刻。当由于所述源电流而使得电压Vref2变得更高时，通过利用电流源CS2给电容C2充电的方式，需要更长的时长使得Vton的电平超过Vref2的电平。因此，脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度被延长了。当Vton的电平变得高于Vref2的电平时，比较器COMP产生逻辑信号作为D型触发器DFF的重置端的信号Sreset，以决定导通时间脉冲宽度的结束时刻。
此外，在另一实施例中，估计电路1052可用于给脉冲控制信号产生器1151提供汲电流(sink current)，以适应性地调整信号Ton的导通时间脉冲宽度。图4A是根据本发明第三实施例说明估计电路1052和脉冲控制信号产生器1151的示意图。图4B是说明图4A和图1所示的部分信号VC1、VCH、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图。估计电路1052包括阈值电压产生器1052C和跨导放大器1052D，以及，阈值电压产生器1052C包括电阻R1、电容C1和电流源CS1。脉冲控制信号产生器1151包括电流源CS2、电容C2、电阻R2、比较器COMP、开关(Ton的反相信号控制该开关的通/断，以重置电容C2)和D型触发器DFF。图4A相较于图3A的实施例的差异是：阈值电压产生器1052C被配置为：利用电阻R1、电容C1和电流源CS1，给被放大后的输出电压纹波信号Vripple(如VC1)产生特定的阈值电压VCTH并将特定的阈值电压VCTH提供至跨导放大器1052D的正输入端。跨导放大器1052D在其负输入端上接收信号VC1以及在其正输入端上接收阈值VCTH。跨导放大器1052D参照信号VC1和阈值VCTH之间的差异，以在信号VC1的电平高于阈值VCTH时产生汲电流给脉冲控制信号产生器1151。产生的汲电流从脉冲控制信号产生器1151流回至跨导放大器1052D。脉冲控制信号产生器1151接收参考电压Vref和直流输入电压VIN，以及，当所述汲电流被产生时，所述汲电流经由比较器COMP的正输入端从脉冲控制信号产生器1151流出，以使得信号Vton的电平逐渐以及慢慢地上升。如图4B所示，无论电压转换器100是操作在轻载条件下还是重载条件下，脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度是恒定或固定的。当由于负载变化而导致瞬态事件发生时，信号VC1的电平变得高于阈值VCTH。估计电路1052能够侦测到所述瞬态事件的发生，并识别出电压转换器100的负载从轻载条件改变为重载条件。侦测电路1052用于VC1的电平和阈值VCTH的侦测操作可以有助于决定导通时间脉冲宽度的开始时刻。进一步地，估计电路1052通过利用所述汲电流使得电压Vton变得慢慢上升的方式，能够适应性地延长导通时间脉冲宽度，以决定所述导通时间脉冲宽度的结束时刻。当所述汲电流被产生时，由于所述汲电流，从电流源CS2提供的电流中仅有一部分被用来给电容C2充电，因此，需要更长的时长来使得Vton的电平超过Vref的电平。因此，所述导通时间脉冲宽度被延长了。在图4B中，当瞬态事件发生时，信号Vton的电平的斜率小于没有瞬态事件的正常情形时的Vton的斜率。当Vton的电平变得高于(或者等于)Vref的电平时，比较器COMP产生逻辑信号作为D型触发器DFF的重置端的信号Sreset，以决定导通时间脉冲宽度的结束时刻。
此外，在其它实施例中，给脉冲控制信号产生器1151产生源电流的操作可由电流镜电路结构实现。图5是根据本发明第四实施例说明图1所示的估计电路1052和脉冲控制信号产生器1151的电路元件的示意图。如图5所示，估计电路1052包括运算放大器(operational amplifier)1052E、晶体管M1、电流源CS1、电容C1和电流镜(currentmirror)1052F。脉冲控制信号产生器1151包括与图3A所示结构类似的元件。运算放大器1052E的正输入端耦接于上述被放大后的输出电压纹波信号Vripple(如VC1)，以及，其负输入端耦接在电流源CS1和电容C1之间。电容C1两端之间的电压电平等于被放大后的输出电压纹波信号Vripple(如VC1)的直流电平。运算放大器1052E用于：当根据信号VC1(例如，上述被放大后的输出电压纹波信号Vripple)侦测到瞬态事件时接通晶体管M1。一旦晶体管M1被接通，电流镜1052F则镜像源电流(例如，流经晶体管M1的电流)并将此源电流提供给脉冲控制信号产生器1151，以动态地延长脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。脉冲控制信号产生器1151的操作类似于图3A所示的脉冲控制信号产生器1151的操作，为简洁起见，此处不再详述。进一步地，图5中所示的估计电路1052也可以用于给图4A所示的脉冲控制信号产生器1151提供汲电流(具体的电路连接关系请合并参考图5和图4A，为简洁起见，此处不再赘述)，以适应性地延长脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。此外，图5中的估计电路也可以用于给图4A所示的脉冲控制信号产生器1151提供源电流(具体的电路连接关系请合并参考图5和图4A，为简洁起见，此处不再赘述)，以适应性地缩短脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度；此改变也符合本发明的精神。
给脉冲控制信号产生器1151产生源电流的操作可以由不同的电流镜电路结构来实现。图6是根据本发明第五实施例示出图1所示的估计电路1052和脉冲控制信号产生器1151的电路元件的示意图。如图6所示，估计电路1052包括晶体管M1、电流源CS1、电容C1和电流镜1052F。脉冲控制信号产生器1151包括与图3A所示结构类似的元件。电容C1和电流源CS1并联。晶体管M1耦接在电流镜1052F和电流源CS1之间。信号VC1耦接至晶体管M1的栅极(gate，也可称为控制端)，以及，晶体管M1可用来根据信号VC1(例如，被放大后的输出电压纹波信号Vripple)侦测瞬态事件的发生。电流镜1052F然后镜像源电流(例如，流经晶体管M1的电流)，并将此源电流提供给脉冲控制信号产生器1151，以动态地延长脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。脉冲控制信号产生器1511的操作与图3A所示脉冲控制信号产生器1151的操作类似，为简洁起见，此处不再详述。进一步地，图6中的估计电路1052也可以用于给图4A所示的脉冲控制信号产生器1151提供汲电流(具体的电路连接关系请合并参考图6和图4A，为简洁起见，此处不再赘述)，以适应性地延长脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。此外，图6中的估计电路也可用于给图4A所示的脉冲控制信号产生器1151提供源电流(具体的电路连接关系请合并参考图6和图4A，为简洁起见，此处不再赘述)，以适应性地缩短脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度；这一修改也遵循本发明的精神。
此外，在其它实施例中，可产生不同的阈值电压电平VCTL，且估计电路1052利用电平VCTL来确定瞬态事件的发生，以及适应性调整脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。请结合图7B参照图7A。图7A是根据本发明第六实施例说明估计电路1052和脉冲控制信号产生器1151的示意图。图7B是说明图7A和图1所示的部分信号VC1、VCL、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图。估计电路1052包括阈值电压产生器1052G和跨导放大器1052D，以及，阈值电压产生器1052G包括电阻R1、电容C1和电流源CS1。图7A中的脉冲控制信号产生器1151的操作类似于图3A中提及的脉冲控制信号产生器1151的操作，因此，为简洁起见，此处不再详述。电容C1和电流源CS1并联，且电容C1和电流源CS1的公共端连接至跨导放大器1052D的负输入端。电阻R1耦接在信号VC1和跨导放大器1052D的负输入端之间。信号VC1被传送至跨导放大器1052D的正输入端，以及通过电阻R1被传送至其负输入端。利用电阻R1、电容C1和电流源CS1，阈值电压产生器1052G用于产生特定的阈值电压VCTL且将该阈值电压VCTL提供给跨导放大器1052D。跨导放大器1052D用于接收信号VC1和阈值VCTL，并参照信号VC1和阈值VCTL，以当信号VC1的电平低于阈值VCTL时产生汲电流给脉冲控制信号产生器1151。产生的汲电流从脉冲控制信号产生器1151内的电阻R2和比较器COMP的负输入端之间的节点流至跨导放大器1052D。
如图7B所示，不管电压转换器100操作在轻载条件下还是重载条件下，脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度是恒定的或固定的。当由于负载改变而导致瞬态事件发生时(如图7B所示，从重载条件改变为轻载条件)，信号VC1的电平变得低于阈值VCTL。由于所述负载变化会造成输出电压信号Vout上的电压变化，以及信号VC1的电平会相应地反映该电压变化，因此，估计电路1052能够侦测到所述瞬态事件的发生，并识别出电压转换器100的负载从重载条件改变至轻载条件。估计电路1052用于VC1的电平和阈值VCTL的侦测操作可有助于决定工作脉冲宽度的开始时刻。进一步地，估计电路1052可以通过利用上述汲电流以使得电压Vref2变得更低的方式，适应性地缩短所述导通时间脉冲宽度，以决定所述导通时间脉冲宽度的结束时刻。当由于所述汲电流使得电压Vref2变得更低时，利用电流源CS2给电容C2充电只需更短的时长来使得Vton的电平超过Vref2的电平。因此，Ton的导通时间脉冲宽度被缩短了。当Vton的电平变得高于Vref2的电平时，比较器COMP产生逻辑信号作为D型触发器DFF的重置端的信号Sreset，以决定导通时间脉冲宽度的结束时刻。
此外，在另一实施例中，可产生不同的阈值电压电平VCTL，且估计电路1052利用所述不同的阈值电压电平VCTL来确定瞬态事件的发生，以及利用源电流来适应性地调整脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度。图8A是根据本发明第七实施例示出的估计电路1052和脉冲控制信号产生器1151的示意图。图8B是图8A和图1所示的部分信号VC1、VCTL、IL、Ton和Vton的一种示例的示意图。估计电路1052包括阈值电压产生器1052G和跨导放大器1052D，以及，阈值电压产生器1052G包括电阻R1、电容C1和电流源CS1。电容C1和电流源CS1并联连接，且电容C1和电流源CS1的公共端耦接于跨导放大器1052D的正输入端。电阻R1耦接在信号VC1和跨导放大器1052D的正输入端之间。信号VC1被传送至跨导放大器1052D的负输入端，且经由电阻R1传送至其正输入端。阈值电压产生器1052G被配置为：利用电阻R1、电容C1和电流源CS1给被放大后的输出电压纹波信号Vripple(如VC1)产生特定的阈值电压VCTL，且将电压VCTL提供至跨导放大器1052D的正输入端。跨导放大器1052D用于在其负输入端上接收信号VC1，以及在其正输入端上接收阈值VCTL，以参照所述信号VC1和阈值VCTL之间的差异，在信号VC1的电平低于阈值VCTL时产生提供给脉冲控制信号产生器1151的源电流。图8A中的脉冲控制信号产生器1151的操作类似于图4A中提及的脉冲控制信号产生器1151的操作，因此，为简洁起见，此处不再赘述。
如图8B所示，无论电压产生器100操作在轻载条件下还是重载条件下，脉冲控制信号Ton的导通时间脉冲宽度是恒定或固定的。当由于负载变化而导致瞬态事件发生时(如图8B所示，从重载条件改变为轻载条件)，信号VC1的电平变得低于阈值VCTL。估计电路1052能够侦测到所述瞬态事件的发生，并识别出电压转换器100的负载从重载条件改变为轻载条件。估计电路1052用于VC1的电平和阈值VCTL的侦测操作可有助于确定导通时间脉冲宽度的开始时刻。进一步地，通过利用上述源电流使得电压Vton变得更加迅速地上升的方式(即使得电容C2被更快速地充电)，估计电路1052能够适应性地缩短所述接通时间脉冲宽度，以确定所述接通时间脉冲宽度的结束时刻。当所述源电流被产生时，利用电流源CS2给电容C2充电，由于所述源电流，更多的电流被提供给电容C2充电，因此，仅需更短的时长使得Vton的电平超过Vref的电平。因此，Ton的导通时间脉冲宽度被缩短了。在图8B中，当瞬态事件发生时，信号Vton的电平的斜率大于没有瞬态事件的正常情形时的Vton的斜率。当Vton的电平变得高于(或者等于)Vref的电平时，比较器COMP产生逻辑信号作为D型触发器DFF的重置端的信号Sreset，以确定工作时间脉冲的结束时刻。
进一步地，应当注意的是，通过利用电流镜电路结构，估计电路1052所采用的上述数字和模拟控制方案可被组合在一起。此修改也落入本发明的范围。
此外，本发明还公开了一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的方法，能够侦测电压转换器的瞬态事件。该方法包括：利用比较器根据两个合成信号产生逻辑控制信号至逻辑电路；根据所述逻辑控制信号产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号，以给所述电压转换器的输出级电路的输出电容充电；通过产生电压斜波信号的方式，以及基于参考电压和所述输出级电路的输出电压信号产生输出电压纹波信号并对所述输出电压纹波信号进行放大的方式产生所述两个合成信号至所述比较器；以及根据被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。在一些实施例中，根据所述被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度的步骤包括：给所述被放大后的输出电压纹波信号产生特定的阈值电压；以及比较所述被放大后的输出电压纹波信号和所述特定的阈值电压，以产生控制信号去适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。在另一些实施例中，根据所述被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度的步骤包括：给所述被放大后的输出电压纹波信号产生特定的阈值电压；对所述特定的阈值电压和所述被放大后的输出电压纹波信号之间的电压差进行转换，以产生电流信号；以及利用所述电流信号作为所述逻辑电路的源电流或汲电流，以侦测到所述瞬态事件时动态地延长或缩短所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。应当说明的是，所述方法的操作与上述实施例所描述的装置类似，详情请参照上述实施例的描述，为简洁起见，此处不再赘述。
在不脱离本发明的精神以及范围内，本发明可以其它特定格式呈现。所描述的实施例在所有方面仅用于说明的目的而并非用于限制本发明。本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。本领域技术人员皆在不脱离本发明之精神以及范围内做些许更动与润饰。

Claims (4)

1.一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的装置，能够侦测电压转换器的瞬态事件，其特征在于，包括：比较器、逻辑电路和控制器；
所述比较器用于根据所述控制器的两个合成信号产生逻辑控制信号至所述逻辑电路；
所述逻辑电路耦接于所述比较器，用于根据所述逻辑控制信号产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号，以给所述电压转换器的输出级电路的输出电容充电；以及
所述控制器耦接于所述比较器和所述逻辑电路，用于通过产生斜坡电压信号，以及基于参考电压和所述输出级电路的输出电压信号产生输出电压纹波信号并对所述输出电压纹波信号进行放大来产生所述两个合成信号至所述比较器，以及，用于根据被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度；
其中，所述控制器包括：
斜坡电压产生器，用于产生所述斜坡电压信号；其中，所述斜坡电压信号被作为所述两个合成信号的其中一个合成信号；
误差放大器，耦接于所述比较器的输入端，用于接收所述参考电压和所述输出电压信号，以根据所述参考电压和所述输出电压信号的差异产生所述输出电压纹波信号并对所述输出电压纹波信号进行放大；其中，所述被放大后的输出电压纹波信号被作为所述两个合成信号的其中另一个合成信号；以及
估计电路，耦接于所述误差放大器，用于根据所述被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，以适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度；
其中，所述估计电路包括：
阈值电压产生器，用于为所述被放大后的输出电压纹波信号产生特定的阈值电压；以及
跨导放大器，耦接于所述阈值电压产生器，用于对所述特定的阈值电压和所述被放大后的输出电压纹波信号之间的电压差进行转换，以产生电流信号，进而利用所述电流信号作为所述逻辑电路的源电流或汲电流，以在侦测到所述瞬态事件时动态地延长或缩短所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阈值电压产生器包括：
电流源；
电阻，耦接在所述电流源和所述被放大后的输出电压纹波信号之间；以及
电容，具有耦接于接地电平的第一端和耦接于所述电流源和所述电阻之间的节点的第二端，且所述第二端耦接至所述比较电路的输入；
其中，所述特定的阈值电压是根据所述电流源和所述电阻在所述电容的第二端上产生的。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，若所述特定的阈值电压是高阈值电压，则当所述被放大后的输出电压纹波信号高于所述特定的阈值电压时，所述估计电路确定出所述瞬态事件发生；或者，若所述特定的阈值电压是低阈值电压，则当所述被放大后的输出电压纹波信号低于所述特定的阈值电压时，所述估计电路确定出所述瞬态事件发生。
4.一种基于恒定导通时间脉冲宽度控制的方法，能够侦测电压转换器的瞬态事件，其特征在于，包括：
利用比较器根据两个合成信号产生逻辑控制信号至逻辑电路；
根据所述逻辑控制信号产生具有导通时间脉冲宽度的脉冲控制信号，以给所述电压转换器的输出级电路的输出电容充电；
通过产生电压斜波信号，以及基于参考电压和所述输出级电路的输出电压信号产生输出电压纹波信号并对所述输出电压纹波信号进行放大来产生所述两个合成信号至所述比较器；以及
根据被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度；
其中，根据所述被放大后的输出电压纹波信号侦测所述瞬态事件，并适应性地调整所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度的步骤包括：
为所述被放大后的输出电压纹波信号产生特定的阈值电压；
对所述特定的阈值电压和所述被放大后的输出电压纹波信号之间的电压差进行转换，以产生电流信号；以及
利用所述电流信号作为所述逻辑电路的源电流或汲电流，以侦测到所述瞬态事件时动态地延长或缩短所述脉冲控制信号的所述导通时间脉冲宽度。
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