CN110149049B - 电压转换电路 - Google Patents

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Abstract

一种电压转换电路，包括：输出电容；开关元件；电感元件，其一端用于对开关元件输出电感电流，其另一端接地；负载元件，其一端耦接输出电容的另一端，其另一端接地；偏置电流生成电路，用以对流经负载元件的负载电流进行采样，并根据采样后的电流生成第一偏置电流，第一偏置电流与所述负载电流成比例关系，并且第一偏置电流与所述负载电流负相关；振荡器，用以根据输入的第一偏置电流产生时钟信号；输出电压控制模块，用以根据时钟信号以及输出电压反馈电压生成并输出控制电压至开关元件的控制端，以通过控制开关元件的导通或关断控制所述输出电压的电压。本发明技术方案能够减小电压转换电路的纹波。

Description

电压转换电路
技术领域
本发明涉及集成电路技术领域，尤其涉及一种电压转换电路。
背景技术
高低压直流间转换装置(Direct Current/Direct Current,DCDC)使用的脉冲频率调制(Pulse frequency modulation,PFM)模式或者电感电流断续模式(Discontinuouscurrent mode,DCM)。
普通的PFM使用误差放大器的下尾电流作为PFM的频率判断标准，其增益比较大，当误差放大器的输出电压COMP低于下钳位电压时，会直接引出输出电压COMP转换的输出电流作为频率下降的标准。
但是，由于输出电流通常比较小，一般是几个微安(uA)，在PFM模式下，DCDC的频率会从正常的几百千赫兹(KHZ)直接掉到几千赫兹，这样输出电流的变化导致DCDC的频率变化量非常大，控制精度不高；此外，在PFM模式下通常只关注效率，会将PFM下的频率降到很低，导致DCDC的纹波会很大。
发明内容
本发明解决的技术问题是如何减小电压转换电路的纹波。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种电压转换电路，电压转换电路包括：输出电容，其一端接地，其另一端输出输出电压；开关元件，其一端耦接电源电压，其另一端耦接所述输出电容的另一端；电感元件，其一端用于对所述开关元件输出电感电流，其另一端接地；负载元件，其一端耦接所述输出电容的另一端，其另一端接地；偏置电流生成电路，用以对流经所述负载元件的负载电流进行采样，并根据采样后的电流生成第一偏置电流，所述第一偏置电流与所述负载电流成比例关系，并且所述第一偏置电流与所述负载电流负相关；振荡器，用以根据输入的所述第一偏置电流产生时钟信号；输出电压控制模块，用以根据所述时钟信号以及输出电压反馈电压生成并输出控制电压至所述开关元件的控制端，以通过控制所述开关元件的导通或关断控制所述输出电压的电压值，所述输出电压反馈电压随所述输出电压的变化而变化。
可选的，所述输出电压控制模块包括：误差放大器，用以比较预设的参考电压与所述输出电压反馈电压，并输出误差电压；电压转电流电路，用以将所述误差电压转换为比较电流；负载电路，用以根据所述比较电流生成比较电压；比较电路，用以将所述比较电压与电感电压进行比较，并产生脉冲电压，所述电感电压为电感电流流经所述开关元件所产生的电压；逻辑控制电路，用以根据所述脉冲电压以及所述时钟信号控制所述开关元件的导通或关断，以控制所述输出电压的电压值。
可选的，所述采样后的电流远小于所述负载电流。
可选的，所述采样后的电流位于预设电压范围内时，所述第一偏置电流正比于所述采样后的电流。
可选的，所述采样后的电流小于所述预设电压范围内最小电压值时，所述第一偏置电流为第一预设值；所述采样后的电流大于所述预设电压范围内最大电压值时，所述第一偏置电流为第二预设值，所述第二预设值大于所述第一预设值。
可选的，所述偏置电流生成电路包括：第一镜像电流源，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第五NMOS管，所述第一NMOS管的源极接入所述采样后的电流，所述第一NMOS管的漏极与所述第二NMOS管、第三NMOS管以及第五NMOS管的漏极相耦接，所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管、第三NMOS管以及第五NMOS管的栅极相耦接且接入所述采样后的电流；第二镜像电流源，包括第六NMOS管、第四NMOS管和第七NMOS管，所述第六NMOS管的源极耦接第一电流源，所述第六NMOS管的漏极与所述第四NMOS管和第七NMOS管的漏极相耦接，所述第六NMOS管的栅极与所述第四NMOS管和第七NMOS管的栅极相耦接且耦接所述第一电流源，所述第二NMOS管的源极耦接所述第六NMOS管的栅极；第三镜像电流源，其第一输入端耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，其控制端以及第二输入端耦接第二电流源，其输出端接地；第四镜像电流源，其第一输入端以及控制端耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，其第二输入端耦接所述第五NMOS管的源极，其输出端接地；第五镜像电流源，其第一输入端以及控制端耦接所述第五NMOS管的源极，其第二输入端输出所述第一偏置电流，其输出端接地。
可选的，所述第三镜像电流源包括第八PMOS管和第九PMOS管，所述第八PMOS管的源极耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，所述第八PMOS管的漏极接地，所述第八PMOS管的栅极与所述第九PMOS管的栅极相耦接且耦接第二电流源，所述第九PMOS管的源极耦接所述第二电流源，所述第九PMOS管的漏极接地；所述第四镜像电流源包括第十PMOS管和第十一PMOS管，所述第十PMOS管的源极耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，所述第十PMOS管的漏极接地，所述第十PMOS管的栅极与所述第十一PMOS管的栅极相耦接且耦接第五NMOS管的源极，所述第十一PMOS管的漏极接地；所述第五镜像电流源包括第十二PMOS管和第十三PMOS管，所述第十二PMOS管的源极耦接所述第五NMOS管的源极，所述第十二PMOS管的漏极接地，所述第十二PMOS管的栅极与所述第十三PMOS管的栅极相耦接且耦接所述第七NMOS管的源极，所述第十三PMOS管的源极输出所述第一偏置电流。
可选的，所述第二电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的4倍。
可选的，所述电压转电流电路还适于输出第二偏置电流，以输出至所述误差放大器；所述电压转电流电路还包括：第十四PMOS管，其源极和栅极耦接第三电流源，其漏极接地；第六镜像电流源，包括第十五PMOS管和第十六PMOS管，所述第十五PMOS管栅极和所述第十六PMOS管的栅极相耦接且耦接所述第七NMOS管的源极，所述第十五PMOS管的漏极接地，所述第十六PMOS管的漏极接地，所述第十六PMOS管的源极耦接第三电流源；第十七PMOS管，其栅极耦接第四电流源，其漏极接地；第七镜像电流源，包括第十八NMOS管和第十九NMOS管，所述第十八NMOS管的漏极耦接所述第一NMOS管的漏极，所述十八NMOS管的源极、栅极与所述第十九NMOS管的栅极相耦接且耦接所述第十七PMOS管的源极，所述第十九NMOS管的源极输出所述第二偏置电流。
可选的，所述第三电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的4倍，所述第四电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的6倍。
可选的，所述采样后的电流位于预设电压范围内时，所述第二偏置电流负比于所述采样后的电流。
可选的，所述采样后的电流小于所述预设电压范围内最小电压值时，所述第二偏置电流为第三预设值；所述采样后的电流大于所述预设电压范围内最大电压值时，所述第二偏置电流为第四预设值，所述第四预设值小于所述第三预设值。
可选的，所述电压转电流电路用以将所述误差电压转换为第一比较电流和第二比较电流；所述负载电路包括第一负载元件和第二负载元件，所述第一负载元件用以根据所述第一比较电流生成第一比较电压，所述第二负载元件用以根据所述第二比较电流生成第二比较电压；所述比较电路根据所述第一比较电压和所述第二比较电压生成脉冲电压，以用于控制所述开关元件的导通或关断。
可选的，所述电压转电流电路包括：RC模块，包括第一电阻和电容，所述第一电阻一端接入所述电源电压，所述第一电阻另一端耦接所述电容的一端，所述电容的另一端接地；跨导元件，用以提供跨导，其一端接入所述误差电压；前馈控制电路，包括第一前馈PMOS管和第二前馈PMOS管，所述第一前馈PMOS管的源极耦接电源，所述第一前馈PMOS管的栅极耦接所述第一电阻的另一端，所述第一前馈PMOS管的漏极与所述第二前馈PMOS管的漏极相耦接且耦接所述跨导元件的另一端，所述第二前馈PMOS管的栅极接入所述参考电压；第八镜像电流源，包括第一镜像NMOS管、第二镜像NMOS管和第三第镜像NMOS管，所述第一镜像NMOS管的源极耦接所述第二前馈PMOS管的源极，所述第一镜像NMOS管的栅极与第二镜像NMOS管的栅极和第三第镜像NMOS管的栅极相耦接且耦接所述第二前馈PMOS管的源极，所述第一镜像NMOS管的漏极与第二镜像NMOS管的漏极和第三第镜像NMOS管的漏极相耦接；第九镜像电流源，包括第四镜像NMOS管、第五镜像NMOS管和第六镜像NMOS管，所述第四镜像NMOS管的漏极与所述第五镜像NMOS管的漏极和第六镜像NMOS管的漏极相耦接且耦接所述第一镜像NMOS管的漏极，所述第四镜像NMOS管的源极、栅极与所述第五镜像NMOS管的栅极和第六镜像NMOS管的栅极相耦接且耦接第五电流源，所述第六镜像NMOS管的源极耦接第七电流源且输出所述第一比较电流；第十镜像电流源，包括第七镜像NMOS管和第八镜像NMOS管，所述七镜像NMOS管的漏极与所述和第八镜像NMOS管的漏极相耦接且耦接所述第一镜像NMOS管的漏极，所述七镜像NMOS管的源极、栅极和第八镜像NMOS管的栅极相耦接且耦接第六电流源，所述第八镜像NMOS管的源极输出所述第二比较电流；第十一镜像电流源，包括第九镜像PMOS管、第十镜像PMOS管和第二电阻，所述第九镜像PMOS管的源极耦接所述第七镜像NMOS管的源极，所述第九镜像PMOS管的栅极耦接所述第二电阻的一端以及所述第五镜像NMOS管的源极，所述第十镜像PMOS管的栅极耦接所述第二电阻的另一端以及第八电流源，所述第十镜像PMOS管的源极耦接所述第八电流源，所述第九镜像PMOS管的漏极和所述第十镜像PMOS管的漏极接地。
可选的，所述负载电路为敏感场效应晶体管。
与现有技术相比，本发明实施例的技术方案具有以下有益效果：
本发明技术方案中，通过在电压转换电路中设置偏置电流生成电路，可以生成第一偏置电流，第一偏置电流与所述负载电流成比例关系，并且所述第一偏置电流与所述负载电流负相关。由于输出电容的充电量，也即输出电容的电容值与输出电压变化量的乘积，等同于开关元件的开关周期与负载电流的乘积，而开关元件的开关周期与振荡器产生的时钟信号相关，因此通过控制输入值振荡器的第一偏置电流与负载电流的关系，可以控制输出电压的变化量，也即能够减小电压转换电路的纹波，兼顾电压转换电路的纹波和效率。
进一步地，本发明技术方案中的电压转电流电路可以产生一比较电流和第二比较电流，所述负载电路包括第一负载元件和第二负载元件，所述第一负载元件用以根据所述第一比较电流生成第一比较电压，所述第二负载元件用以根据所述第二比较电流生成第二比较电压；所述比较电路根据所述第一比较电压和所述第二比较电压生成脉冲电压，以用于控制所述开关元件的导通或关断。通过第二比较电流产生脉冲电压控制输出电压，可以抑制输出电压在仅有第一比较电流的情况下持续升高导致的输出电压不稳定。
附图说明
图1是本发明实施例一种电压转换电路的结构示意图；
图2是本发明实施例一种第一偏置电流与采样后的负载电流的关系示意图；
图3是图1所示偏置电流生成电路101的一种具体结构示意图；
图4是图1所示偏置电流生成电路101的另一种具体结构示意图；
图5是本发明实施例一种第二偏置电流与采样后的负载电流的关系示意图；
图6是图1所示电压转电流电路102的一种具体结构示意图；
图7是本发明实施例另一种电压转换电路的结构示意图；
图8是本发明实施例一种第一比较电流、第二比较电流与误差电压的关系示意图。
具体实施方式
如背景技术中所述，由于输出电流通常比较小，一般是几个微安(uA)，在PFM模式下，DCDC的频率会从正常的几百千赫兹(KHZ)直接掉到几千赫兹，这样输出电流的变化导致DCDC的频率变化量非常大，控制精度不高；此外，在PFM模式下通常只关注效率，会将PFM下的频率降到很低，导致DCDC的纹波会很大。
本发明实施例中，通过在电压转换电路中设置偏置电流生成电路，可以生成第一偏置电流，第一偏置电流与所述负载电流成比例关系，并且所述第一偏置电流与所述负载电流负相关。由于输出电容的充电量，也即输出电容的电容值与输出电压变化量的乘积，等同于开关元件的开关周期与负载电流的乘积，而开关元件的开关周期与振荡器产生的时钟信号相关，因此通过控制输入值振荡器的第一偏置电流与负载电流的关系，可以控制输出电压的变化量，也即能够减小电压转换电路的纹波，兼顾电压转换电路的纹波和效率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
图1是本发明实施例一种电压转换电路的结构示意图；
如图1所示，电压转换电路可以包括输出电容Cout、开关元件106、电感元件L、负载元件107、偏置电流生成电路101、振荡器103以及输出电压控制模块10。
其中，输出电容Cout的一端接地，输出电容Cout的另一端输出输出电压Vout。开关元件106一端耦接电源电压VDD，开关元件106的另一端耦接所述输出电容Cout的另一端。开关元件106的控制端耦接输出电压控制模块10的输出端。电感元件L的一端用于对所述开关元件106输出电感电流，其另一端接地。
具体地，开关元件106可以包括MOS管M1和MOS管M2，MOS管M1的源极耦接电源电压VDD，MOS管M1的漏极耦接MOS管M2的源极，MOS管M2的漏极耦接所述输出电容Cout的另一端。电感元件L的一端耦接MOS管M1的漏极。
更具体地，MOS管M1和MOS管M2可以是PMOS管，MOS管M1和MOS管M2轮流导通或关断，也就是说，MOS管M1导通时，MOS管M2关断；MOS管M1关断时，MOS管M2导通。
本实施例中，负载元件107的一端耦接所述输出电容Cout的另一端，负载元件107的另一端接地。具体而言，负载元件107可以包括多个串联的电阻。
在一个非限制性的例子中，负载元件107可以包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3以及第四电阻R4依次相互串联，且第一电阻R1的一端耦接负载电容Cout的一端，第四电阻R4的一端接地。
本实施例中，电压转换电路还可以包括偏置电流生成电路101，用以对流经所述负载元件107的负载电流Iload进行采样，并根据采样后的电流Isns生成第一偏置电流Ibias_osc，所述第一偏置电流Ibias_osc与所述负载电流Iload成比例关系，并且所述第一偏置电流Ibias_osc与所述负载电流Iload负相关
可以理解的是，关于对负载电流Iload进行采样具体电路结构，可以参照现有技术中任意可实施的电路结构，本发明实施例对此不作限制。
本实施例中，电压转换电路还可以包括振荡器103，用以根据输入的所述第一偏置电流Ibias_osc产生时钟信号CLK。换言之，振荡器103可以产生频率。
由于第一偏置电流Ibias_osc与所述负载电流Iload成比例关系，这样振荡器103的频率和第一偏置电流Ibias_osc成比例，也即振荡器103的频率和负载电流Iload成比例。
本实施例中，输出电压控制模块10用以根据所述时钟信号CLK以及输出电压反馈电压FB生成并输出控制电压至所述开关元件106的控制端，以通过控制所述开关元件106的导通或关断控制所述输出电压Vout的电压值，所述输出电压反馈电压FB随所述输出电压Vout的变化而变化。
具体地，输出电压控制模块10可以输出第一控制电压HG以及第二控制电压LG，第一控制电压HG接入MOS管M1的栅极，第二控制电压LG接入MOS管M2的栅极.。
在一个具体的例子中，采样后的负载电流Isns＝K*Iload，K<<1，其中Iload为负载电流。Isns×Tsw＝Cosc×Vosc，其中，Cosc和Vosc是为在振荡器103(参照图1)内部模块的电容和电压，Tsw为开关元件106的控制周期。考虑到Iload×Tsw＝Cout×△Vout，其中，△Vout表示输出电压的变化量△Vout，Cout为输出电容的电容值。故而，△Vout＝Iload/Isns×Cosc×Vosc/Cout＝1/K×Cosc×Vosc/Cout，也即为本发明实施例中电压转换电路需要控制的最大输出电压纹波量。
在本发明一个非限制性的实施例中，请继续参照图1，输出电压控制模块10可以包括误差放大器op2、电压转电流电路102、负载电路105、比较电路104以及逻辑控制电路108。
其中，误差放大器op2用以比较预设的参考电压VREF与所述输出电压反馈电压FB，并输出误差电压COMP；电压转电流电路102用以将所述误差电压COMP转换为比较电流；负载电路105用以根据所述比较电流生成比较电压；比较电路104用以将所述比较电压与电感电压SW进行比较，并产生脉冲电压PWM，所述电感电压SW为电感电流流经所述开关元件106所产生的电压；逻辑控制电路108用以根据所述脉冲电压PWM以及所述时钟信号CLK控制所述开关元件的导通或关断，以控制所述输出电压Vout的电压值。
具体实施中，比较电路104可以通过比较比较电压与电感电压SW的大小关系，可以判断出电感电流是否超过由比较电流设定的预设值，从而相应地控制开关元件106的导通或关断。
具体地，预设的参考电压VREF可以是预先设置产生的，如图1中的运算放大器op1可以产生参考电压VREF，运算放大器op1的负向输入端和输出端均耦接第二电阻R2和第三电阻R3的连接端.
需要说明的是，关于误差放大器op2、电压转电流电路v2l、负载电路105以及逻辑控制电路108的具体电路结构可以参照现有技术，例如，误差放大器op2、比较电流104可以是运算放大器，本发明实施例对此不作限制。
在本发明一个非限制性的实施例中，所述采样后的电流Isns远小于所述负载电流Iload。具体地，采样后的电流Isns＝K×load，K<<1。
在本发明一个非限制性的实施例中，所述采样后的电流Isns位于预设电压范围内时，所述第一偏置电流Ibias_osc正比于所述采样后的电流。
进一步地，所述采样后的电流小于所述预设电压范围内最小电压值时，所述第一偏置电流为第一预设值；所述采样后的电流大于所述预设电压范围内最大电压值时，所述第一偏置电流为第二预设值，所述第二预设值大于所述第一预设值。
具体可参照图2，采样后的电流Isns小于Ib时，第一偏置电流Ibias_osc恒等于Ib。采样后的电流Isns大于4×Ib时，第一偏置电流Ibias_osc恒等于4×Ib。采样后的电流Isns大于Ib小于4×Ib时，第一偏置电流Ibias_osc等于采样后的电流Isns。
可以理解的是，Ib的具体数值可以根据实际的应用环境进行适应性设置，例如Ib为50毫安(mA)，本发明实施例对此不作限制。
在本发明一个优选实施例中，请参照图3，图1所示偏置电流生成电路101可以包括第一镜像电流源301、第二镜像电流源302、第三镜像电流源303、第四镜像电流源304和第五镜像电流源305。
其中，第一镜像电流源301包括第一NMOS管M1、第二NMOS管M2、第三NMOS管MS和第五NMOS管M5，所述第一NMOS管M2的源极接入所述采样后的电流Isns，所述第一NMOS管M1的漏极与所述第二NMOS管M2、第三NMOS管M3以及第五NMOS管M5的漏极相耦接，所述第一NMOS管M1的栅极与所述第二NMOS管M2、第三NMOS管M3以及第五NMOS管M5的栅极相耦接且接入所述采样后的电流Isns；
第二镜像电流源302包括第六NMOS管M6、第四NMOS管M4和第七NMOS管M7，所述第六NMOS管M6的源极耦接第一电流源，所述第六NMOS管M6的漏极与所述第四NMOS管M4和第七NMOS管M7的漏极相耦接，所述第六NMOS管M6的栅极与所述第四NMOS管M4和第七NMOS管M7的栅极相耦接且耦接所述第一电流源，所述第二NMOS管M2的源极耦接所述第六NMOS管M6的栅极；
第三镜像电流源303的第一输入端耦接所述第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的源极，其控制端以及第二输入端耦接第二电流源，其输出端接地；第四镜像电流源304的第一输入端以及控制端耦接所述第三NMOS管M2和第四NMOS管M4的源极，其第二输入端耦接所述第五NMOS管M5的源极，其输出端接地；第五镜像电流源305的第一输入端以及控制端耦接所述第五NMOS管M5的源极，其第二输入端输出所述第一偏置电流Ibias_osc，其输出端接地。
本发明一个具体的实施例中，第三镜像电流源303包括第八PMOS管M8和第九PMOS管M9，所述第八PMOS管M8的源极耦接所述第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的源极，所述第八PMOS管M8的漏极接地，所述第八PMOS管M8的栅极与所述第九PMOS管M9的栅极相耦接且耦接第二电流源，所述第九PMOS管M9的源极耦接所述第二电流源，所述第九PMOS管M9的漏极接地；
第四镜像电流源304包括第十PMOS管M10和第十一PMOS管M11，所述第十PMOS管M10的源极耦接所述第三NMOS管M3和第四NMOS管M4的源极，所述第十PMOS管M10的漏极接地，所述第十PMOS管M10的栅极与所述第十一PMOS管M11的栅极相耦接且耦接第四NMOS管M4的源极，所述第十一PMOS管M11的漏极接地；
第五镜像电流源305包括第十二PMOS管M12和第十三PMOS管M13所述第十二PMOS管M12的源极耦接所述第五NMOS管M5的源极，所述第十二PMOS管M12的漏极接地，所述第十二PMOS管M12的栅极与所述第十三PMOS管M13的栅极相耦接且耦接所述第七NMOS管M7的源极，所述第十三PMOS管M13的源极输出所述第一偏置电流Ibias_osc。
本领域技术人员可以理解的是，关于第三镜像电流源303、第四镜像电流源304和第五镜像电流源305的具体结构也可以是现有技术中其他任意可实施的方式，本发明实施例对此不作限制。
在一个具体的例子中，所述第二电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的4倍。
在具体的应用场景中，请继续参照图2和图3，第二电流源的输出电流为4×Ib,第一电流源输出的电流为Ib，Ib为50毫安，采样后的电流Isns与负载Iload的对应关系为：在Iload为4×Ib时采样后的电流Isns为Ib，也就是第一偏置电流Ibias_osc的调整区间在50mA到200mA之间，对应的电压转换电路的频率为750KHZ到3MHZ。
在本发明一个优选实施例中，请参照图3和图4，图1所示偏置电流生成电路101除了可以包括第一镜像电流源301、第二镜像电流源302、第三镜像电流源303、第四镜像电流源304和第五镜像电流源305，还可以包括第十四PMOS管M4、第六镜像电流源401、第十七PMOS管M17和第七镜像电流源402。电压转电流电路101还适于输出第二偏置电流Ibias_ea。第二偏置电流Ibias_ea为输入至误差放大器op2(请参照图1)的偏置电流。
其中，第十四PMOS管M4的源极和栅极耦接第三电流源，其漏极接地；第六镜像电流源401包括第十五PMOS管M15和第十六PMOS管M16，所述第十五PMOS管M15的栅极和所述第十六PMOS管M16的栅极相耦接且耦接所述第七NMOS管M17的源极，所述第十五PMOS管M15的漏极接地，所述第十六PMOS管M16的漏极接地，所述第十六PMOS管M16的源极耦接第三电流源。
第十七PMOS管M17的栅极耦接第四电流源，其漏极接地；
第七镜像电流源402包括第十八NMOS管M18和第十九NMOS管M19，所述第十八NMOS管M18的漏极耦接所述第一NMOS管M1的漏极，所述十八NMOS管M18的源极、栅极与所述第十九NMOS管M19的栅极相耦接且耦接所述第十七PMOS管M17的源极，所述第十九NMOS管M19的源极输出所述第二偏置电流Ibias_ea。
本发明一个具体的例子中，所述第三电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的4倍，所述第四电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的6倍。
本发明一个具体的例子中，所述采样后的电流位于预设电压范围内时，所述第二偏置电流负比于所述采样后的电流。
进一步地，所述采样后的电流Isns小于所述预设电压范围内最小电压值时，所述第二偏置电流Ibias_ea为第三预设值；所述采样后的电流Isns大于所述预设电压范围内最大电压值时，所述第二偏置电流Ibias_ea为第四预设值，所述第四预设值小于所述第三预设值。
具体可参照图5，采样后的电流Isns小于Ib时，第二偏置电流Ibias_ea恒等于8×Ib。采样后的电流Isns大于4×Ib时，第二偏置电流Ibias_ea恒等于2×Ib。采样后的电流Isns大于Ib小于4×Ib时，第二偏置电流Ibias_ea与采样后的电流Isns的关系为：Ibias_ea＝-2×Isns+10×Ib。
可以理解的是，Ib的具体数值可以根据实际的应用环境进行适应性设置，例如Ib为50毫安(mA)，本发明实施例对此不作限制。
本实施例中，偏置电流的变化可以增加跨导，跨导增大后，电压转电流电路102的电流变化速度变快，因此电压转换电路的速度变快。
本发明一个非限制性的实施例中，请一并参照图1和图7，所示电压转电流电路102用以将所述误差电压COMP转换为第一比较电流和第二比较电流；所述负载电路105包括第一负载元件和第二负载元件，所述第一负载元件用以根据所述第一比较电流Comp_IP生成第一比较电压，所述第二负载元件用以根据所述第二比较电流Comp_IN生成第二比较电压；所述比较电路104根据所述第一比较电压和所述第二比较电压生成脉冲电压PWM_P以及PWM_N，以用于控制所述开关元件106的导通或关断。
具体地，所述负载电路105可以为敏感场效应晶体管snsFET。如图7所示，第一负载元件为敏感场效应晶体管snsFET1，第二负载元件为敏感场效应晶体管snsFET2。
本发明一个具体实施例中，请参照图6，图1所示电压转电流电路102可以包括：RC模块、跨导元件Gm-cell、前馈控制电路601、第八镜像电流源602、第九镜像电流源603、第十镜像电流源604以及第十一镜像电流源605。
其中，RC模块，包括第一电阻R1和电容C1，所述第一电阻R1一端接入所述电源电压VIN，所述第一电阻R1另一端耦接所述电容C1的一端，所述电容C1的另一端接地；
跨导元件Gm-cell，用以提供跨导，其一端接入所述误差电压COMP；
前馈控制电路601，包括第一前馈PMOS管M31和第二前馈PMOS管M32，所述第一前馈PMOS管M31的源极耦接电源VDD，所述第一前馈PMOS管M31的栅极耦接所述第一电阻R1的另一端，所述第一前馈PMOS管M31的漏极与所述第二前馈PMOS管M32的漏极相耦接且耦接所述跨导元件Gm-cell的另一端，所述第二前馈PMOS管M32的栅极接入所述参考电压VREF；
第八镜像电流源602包括第一镜像NMOS管M33、第二镜像NMOS管M34和第三第镜像NMOS管M35，所述第一镜像NMOS管M33的源极耦接所述第二前馈PMOS管M32的源极，所述第一镜像NMOS管M33的栅极与第二镜像NMOS管M34的栅极和第三第镜像NMOS管M35的栅极相耦接且耦接所述第二前馈PMOS管M32的源极，所述第一镜像NMOS管M33的漏极与第二镜像NMOS管M34的漏极和第三第镜像NMOS管M35的漏极相耦接；
第九镜像电流源603包括第四镜像NMOS管M36、第五镜像NMOS管M37和第六镜像NMOS管M38，所述第四镜像NMOS管M36的漏极与所述第五镜像NMOS管M37的漏极和第六镜像NMOS管M38的漏极相耦接且耦接所述第一镜像NMOS管M33的漏极，所述第四镜像NMOS管M36的源极、栅极与所述第五镜像NMOS管M37的栅极和第六镜像NMOS管M38的栅极相耦接且耦接第五电流源，所述第六镜像NMOS管M38的源极耦接第七电流源且输出所述第一比较电流；
第十镜像电流源604包括第七镜像NMOS管M39和第八镜像NMOS管M310，所述七镜像NMOS管M39的漏极与所述和第八镜像NMOS管M310的漏极相耦接且耦接所述第一镜像NMOS管M33的漏极，所述七镜像NMOS管M39的源极、栅极和第八镜像NMOS管M310的栅极相耦接且耦接第六电流源，所述第八镜像NMOS管M310的源极输出所述第二比较电流；
第十一镜像电流源605包括第九镜像PMOS管M311、第十镜像PMOS管M312和第二电阻R2，所述第九镜像PMOS管M311的源极耦接所述第七镜像NMOS管M39的源极，所述第九镜像PMOS管M311的栅极耦接所述第二电阻R2的一端以及所述第五镜像NMOS管M37的源极，所述第十镜像PMOS管M312的栅极耦接所述第二电阻R2的另一端以及第八电流源M310，所述第十镜像PMOS管M312的源极耦接所述第八电流源M310，所述第九镜像PMOS管M311的漏极和所述第十镜像PMOS管M312的漏极接地。
具体地，跨导元件Gm-Cell是可以提供跨导功能。关于跨导元件Gm-Cell的具体结构可参照现有技术，本发明实施例对此不作限制。
具体地，前馈控制电路601可以提高电压转换电路的反应速度。NMOS管M33/M34/M38/M35/M36构成了电流的最小钳位电路，当流经第一镜像NMOS管M33的电流IM3小于Ib(预设值)时，流到第六镜像NMOS管M38中的电流等于Ib-IM3，这样流经第四镜像NMOS管M36的电流IM6也等于Ib-IM3，流经第三第镜像NMOS管M35的电流IM5等于IM3，所以第一比较电流COMP_IP为Ib-KIb。当流经第一镜像NMOS管M33的电流IM3大于Ib时，流到第六镜像NMOS管M38中的电流为零，流经第四镜像NMOS管M36的电流IM6为零，流经第三第镜像NMOS管M35的电流IM5等于IM3，所以第一比较电流COMP_IP的等于IM3-K×Ib。
第一比较电流COMP_IP对于误差电压COMP的跨导等于跨导元件Gm-Cell所确定的跨导gm。
对于第二比较电流COMP_IN来说，当流经第一镜像NMOS管M33的电流IM3大于Ib时，流经第五镜像NMOS管M37电流IM7为零，流经第九镜像PMOS管M311的电流等于流经第十镜像PMOS管M312的电流IM12，所以流经第七镜像NMOS管M39的电流IM9为零。当流经第一镜像NMOS管M33的电流IM3的电流小于Ib时，流经第五镜像NMOS管M37电流IM7等于Ib-IM3，第九镜像PMOS管M311的栅极电压等于VGS2+(Ib-IM3)×R2，其中VGS2为第十镜像PMOS管M312的栅源电压，流经第九镜像PMOS管M311的电流IM11由这个电压决定。这样流经第八镜像NMOS管M310的电流IM10等于流经第九镜像PMOS管M311的电流IM11。
图8示出了第一比较电流COMP_IP和第二比较电流COMP_IN与误差电压COMP的关系。
如图8所示，在流经第二镜像NMOS管M34的电流IM4为Ib时，第二比较电流COMP_IN为0，第一比较电流COMP_IP开始增长。
更具体地，第一比较电流COMP_IP的计算公式如下：Comp×Gm-gm1×(Vin-VREF)-K×Ib，其中，Comp为误差电压，Gm为跨导元件的跨导，gm1为前馈控制电路601提供的跨导，Vin为电源电压，VREF为预设的参考电压，K为预设系数，Ib为预设数值，例如可以是50毫安。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (14)

1.一种电压转换电路，其特征在于，包括：
输出电容，其一端接地，其另一端输出输出电压；
开关元件，其一端耦接电源电压，其另一端耦接所述输出电容的另一端；
电感元件，其一端用于对所述开关元件输出电感电流，其另一端接地；
负载元件，其一端耦接所述输出电容的另一端，其另一端接地；
偏置电流生成电路，用以对流经所述负载元件的负载电流进行采样，并根据采样后的电流生成第一偏置电流，所述第一偏置电流与所述负载电流成比例关系，并且所述第一偏置电流与所述负载电流正相关；
振荡器，用以根据输入的所述第一偏置电流产生时钟信号；
输出电压控制模块，用以根据所述时钟信号以及输出电压反馈电压生成并输出控制电压至所述开关元件的控制端，以通过控制所述开关元件的导通或关断控制所述输出电压的电压值，所述输出电压反馈电压随所述输出电压的变化而变化；所述输出电压控制模块包括：误差放大器，用以比较预设的参考电压与所述输出电压反馈电压，并输出误差电压；电压转电流电路，用以将所述误差电压转换为比较电流；负载电路，用以根据所述比较电流生成比较电压；比较电路，用以将所述比较电压与电感电压进行比较，并产生脉冲电压，所述电感电压为电感电流流经所述开关元件所产生的电压；逻辑控制电路，用以根据所述脉冲电压以及所述时钟信号控制所述开关元件的导通或关断，以控制所述输出电压的电压值。
2.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述采样后的电流远小于所述负载电流。
3.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述采样后的电流位于预设电压范围内时，所述第一偏置电流正比于所述采样后的电流。
4.根据权利要求3所述的电压转换电路，其特征在于，所述采样后的电流小于所述预设电压范围内最小电压值时，所述第一偏置电流为第一预设值；所述采样后的电流大于所述预设电压范围内最大电压值时，所述第一偏置电流为第二预设值，所述第二预设值大于所述第一预设值。
5.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述偏置电流生成电路包括：
第一镜像电流源，包括第一NMOS管、第二NMOS管、第三NMOS管和第五NMOS管，所述第一NMOS管的源极接入所述采样后的电流，所述第一NMOS管的漏极与所述第二NMOS管、第三NMOS管以及第五NMOS管的漏极相耦接，所述第一NMOS管的栅极与所述第二NMOS管、第三NMOS管以及第五NMOS管的栅极相耦接且接入所述采样后的电流；
第二镜像电流源，包括第六NMOS管、第四NMOS管和第七NMOS管，所述第六NMOS管的源极耦接第一电流源，所述第六NMOS管的漏极与所述第四NMOS管和第七NMOS管的漏极相耦接，所述第六NMOS管的栅极与所述第四NMOS管和第七NMOS管的栅极相耦接且耦接所述第一电流源，所述第二NMOS管的源极耦接所述第六NMOS管的栅极；
第三镜像电流源，其第一输入端耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，其控制端以及第二输入端耦接第二电流源，其输出端接地；
第四镜像电流源，其第一输入端以及控制端耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，其第二输入端耦接所述第五NMOS管的源极，其输出端接地；
第五镜像电流源，其第一输入端以及控制端耦接所述第五NMOS管的源极，其输出端输出所述第一偏置电流，其接地端接地。
6.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于，所述第三镜像电流源包括第八PMOS管和第九PMOS管，所述第八PMOS管的源极耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，所述第八PMOS管的漏极接地，所述第八PMOS管的栅极与所述第九PMOS管的栅极相耦接且耦接第二电流源，所述第九PMOS管的源极耦接所述第二电流源，所述第九PMOS管的漏极接地；
所述第四镜像电流源包括第十PMOS管和第十一PMOS管，所述第十PMOS管的源极耦接所述第三NMOS管和第四NMOS管的源极，所述第十PMOS管的漏极接地，所述第十PMOS管的栅极与所述第十一PMOS管的栅极相耦接且耦接第五NMOS管的源极，所述第十一PMOS管的漏极接地；
所述第五镜像电流源包括第十二PMOS管和第十三PMOS管，所述第十二PMOS管的源极耦接所述第五NMOS管的源极，所述第十二PMOS管的漏极接地，所述第十二PMOS管的栅极与所述第十三PMOS管的栅极相耦接且耦接所述第七NMOS管的源极，所述第十三PMOS管的源极输出所述第一偏置电流。
7.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于，所述第二电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的4倍。
8.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于，所述电压转电流电路还适于输出第二偏置电流，以输出至所述误差放大器；所述电压转电流电路还包括：
第十四PMOS管，其源极和栅极耦接第三电流源，其漏极接地；
第六镜像电流源，包括第十五PMOS管和第十六PMOS管，所述第十五PMOS管栅极和所述第十六PMOS管的栅极相耦接且耦接所述第七NMOS管的源极，所述第十五PMOS管的漏极接地，所述第十六PMOS管的漏极接地，所述第十六PMOS管的源极耦接第四电流源；
第十七PMOS管，其栅极耦接第三电流源，其漏极接地；
第七镜像电流源，包括第十八NMOS管和第十九NMOS管，所述第十八NMOS管的漏极耦接所述第一NMOS管的漏极，所述十八NMOS管的源极、栅极与所述第十九NMOS管的栅极相耦接且耦接所述第十七PMOS管的源极，所述第十九NMOS管的源极输出所述第二偏置电流。
9.根据权利要求8所述的电压转换电路，其特征在于，所述第三电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的4倍，所述第四电流源输出的电流值为所述第一电流源输出的电流值的6倍。
10.根据权利要求8所述的电压转换电路，其特征在于，所述采样后的电流位于预设电压范围内时，所述第二偏置电流负比于所述采样后的电流。
11.根据权利要求10所述的电压转换电路，其特征在于，所述采样后的电流小于所述预设电压范围内最小电压值时，所述第二偏置电流为第三预设值；所述采样后的电流大于所述预设电压范围内最大电压值时，所述第二偏置电流为第四预设值，所述第四预设值小于所述第三预设值。
12.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述电压转电流电路用以将所述误差电压转换为第一比较电流和第二比较电流；所述负载电路包括第一负载元件和第二负载元件，所述第一负载元件用以根据所述第一比较电流生成第一比较电压，所述第二负载元件用以根据所述第二比较电流生成第二比较电压；所述比较电路根据所述第一比较电压和所述第二比较电压生成脉冲电压，以用于控制所述开关元件的导通或关断。
13.根据权利要求12所述的电压转换电路，其特征在于，所述电压转电流电路包括：
RC模块，包括第一电阻和电容，所述第一电阻一端接入所述电源电压，所述第一电阻另一端耦接所述电容的一端，所述电容的另一端接地；
跨导元件，用以提供跨导，其一端接入所述误差电压；
前馈控制电路，包括第一前馈PMOS管和第二前馈PMOS管，所述第一前馈PMOS管的源极耦接电源，所述第一前馈PMOS管的栅极耦接所述第一电阻的另一端，所述第一前馈PMOS管的漏极与所述第二前馈PMOS管的漏极相耦接且耦接所述跨导元件的另一端，所述第二前馈PMOS管的栅极接入所述参考电压；
第八镜像电流源，包括第一镜像NMOS管、第二镜像NMOS管和第三第镜像NMOS管，所述第一镜像NMOS管的源极耦接所述第二前馈PMOS管的源极，所述第一镜像NMOS管的栅极与第二镜像NMOS管的栅极和第三第镜像NMOS管的栅极相耦接且耦接所述第二前馈PMOS管的源极，所述第一镜像NMOS管的漏极与第二镜像NMOS管的漏极和第三第镜像NMOS管的漏极相耦接；
第九镜像电流源，包括第四镜像NMOS管、第五镜像NMOS管和第六镜像NMOS管，所述第四镜像NMOS管的漏极与所述第五镜像NMOS管的漏极和第六镜像NMOS管的漏极相耦接且耦接所述第一镜像NMOS管的漏极，所述第四镜像NMOS管的源极、栅极与所述第五镜像NMOS管的栅极和第六镜像NMOS管的栅极相耦接且耦接第五电流源，所述第六镜像NMOS管的源极耦接第七电流源且输出所述第一比较电流；
第十镜像电流源，包括第七镜像NMOS管和第八镜像NMOS管，所述七镜像NMOS管的漏极与所述和第八镜像NMOS管的漏极相耦接且耦接所述第一镜像NMOS管的漏极，所述七镜像NMOS管的源极、栅极和第八镜像NMOS管的栅极相耦接且耦接第六电流源，所述第八镜像NMOS管的源极输出所述第二比较电流；
第十一镜像电流源，包括第九镜像PMOS管、第十镜像PMOS管和第二电阻，所述第九镜像PMOS管的源极耦接所述第七镜像NMOS管的源极，所述第九镜像PMOS管的栅极耦接所述第二电阻的一端以及所述第五镜像NMOS管的源极，所述第十镜像PMOS管的栅极耦接所述第二电阻的另一端以及第八电流源，所述第十镜像PMOS管的源极耦接所述第八电流源，所述第九镜像PMOS管的漏极和所述第十镜像PMOS管的漏极接地。
14.根据权利要求1、5至13任一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述负载电路为敏感场效应晶体管。
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