CN113472201A - 电压转换器及具有该电压转换器的电子设备 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种电压转换器，包括比较电路、开关电路、转换电路以及斜波生成电路；所述比较电路输出比较信号；所述开关电路用于导通或断开所述开关电路与所述外部电源之间的电连接；转换电路，用于将所述外部电源的输入电压转换为第一反馈电压；斜波生成电路，用于将所述输入电压转换为斜波电压，且用于将所述斜波电压与所述第一反馈电压进行相加，以输出第二反馈电压到比较电路。本申请实施例还提供一种电子设备。如此，本申请实施例提供的电压转换器及具有该电压转换器的电子设备，可以调节电压转换器的工作频率，改善电压输出电压纹波，在不同的输出电压条件下保持动态性能。

Description

电压转换器及具有该电压转换器的电子设备

技术领域

本申请涉及电压转换技术领域，尤其是一种电压转换器及具有该电压转换器的电子设备。

背景技术

随着电压转换技术的不断发展，电压转换器被广泛应用于蓝牙耳机仓、平板电脑等电子设备中，用于为电子设备提供稳定的电压。其中，迟滞型降压器具有动态响应快，结构简单的优点，因此被广泛应用于电子设备中。迟滞型降压器可以包括电压模迟滞型降压器换伪电流模迟滞型降压器，如图1所示，电压模迟滞型降压器200用于将第二反馈电压VFB控制在参考电压VREF与波动电压∆V的和与差之间，电压模迟滞型降压器200包括开关S1、开关S2、比较器C1、控制电路11、驱动电路12、PMOS管M1、NMOS管M2、电感L1、电阻Rf1、电阻Rf2、电容Co及其等效串联电阻Roc。开关S1的第一端与波动电压生成器50、参考电压生成器40电连接，开关S1的第二端与比较器C1的正极输入端电连接，开关S2的第一端与波动电压生成器50、参考电压生成器40电连接，开关S2的第二端与比较器C1的正极输入端电连接，比较器C1的输出端与开关S1、开关S2、控制电路11电连接，控制电路11的输出端与驱动电路12的输入端电连接，驱动电路12的第一输出端与PMOS管M1的栅极电连接，驱动电路12的第二输出端与NMOS管M2的栅极电连接，PMOS管M1的源极接输入电压VIN，NMOS管M2的漏极接电感L1的第一端，NMOS管M2的源极接地，NMOS管M2的漏极接电感L1的第一端和PMOS管M1的漏极，电感L1的第二端与电阻Rf1的第一端、电容Co的等效串联电阻Roc电连接，且电感L1的第二端接输出电压VOUT，电阻Rf1的第二端与电阻Rf2的第一端、比较器C1的负极输入端电连接，电阻Rf2的第二端接地。可以理解，当∆V确定后，第二反馈电压与电容Co及其等效串联电阻Roc、负载大小密切相关，电压模迟滞型降压器200的开关频率、动态性能、工作稳定性受外部影响因素多，兼容性不佳。

如图2所示，伪电流模迟滞型降压器300与图1中电压模迟滞型降压器200的区别在于：伪电流模迟滞型降压器300还包括电容Cf1，且电感L1的第一端与电阻Rf1的第一端电连接，电感L1的第二端与电容Cf1的第一端电连接，电容Cf1的第二端与电阻Rf2的第一端电连接。基于上述区别，伪电流模迟滞型降压器300可以通过电阻Rf1、电阻Rf2、电容Cf1生成一伪斜波电流Ix，以降低外部影响因素对第二反馈电压的影响。具体来说，该伪斜波电流Ix与电感L1上流经的电流I1成比例，因此，通过检测伪斜波电流Ix，可以获取输出电压信息，从而在不同的输出电压下，保持伪电流模迟滞型降压器300的动态响应特性。对于电阻Rf1来说，斜波电流Ix满足以下公式：Ix=（VIN-VFB）/Rf1，然而，由于VFB的稳态均值与参考电压VREF相同，因此该斜波电流Ix无法反映输出电压信息，无法保持伪电流模迟滞型降压器300的动态响应特性。

发明内容

鉴于以上问题，本申请实施例提供了一种电压转换器及具有该电压转换器的电子设备，可以调节电压转换器的工作频率，改善电压输出电压纹波，在不同的输出电压条件下保持电压转换器的动态性能。

本申请实施例第一方面提供一种电压转换器，包括比较电路、开关电路、转换电路以及斜波生成电路；

所述比较电路电连接于对比电路，用于接收对比电路输出的对比电压，并用于比较所述对比电压与一预设电压，输出比较信号；

所述开关电路电连接于所述转换电路与一外部电源之间，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号导通或断开所述开关电路与所述外部电源之间的电连接；

转换电路，电连接于所述开关电路；当所述开关电路导通所述转换电路与所述外部电源之间的连接时，所述转换电路用于将所述外部电源的输入电压转换为第一反馈电压；

斜波生成电路，电连接于所述开关电路与转换电路，用于接收所述外部电源的输入电压及所述第一反馈电压，并将所述输入电压转换为斜波电压，且用于将所述斜波电压与所述第一反馈电压进行相加，以输出第二反馈电压到比较电路，其中，所述第二反馈电压作为所述比较电路的预设电压。

所述对比电路包括参考电压生成器、波动电压生成器、第一开关、第二开关，第一开关的第一端接参考电压生成器输出的参考电压与波动电压生成器输出的波动电压之和，第二开关的第一端接参考电压与波动电压之差，第一开关与第二开关的第二端均电连接于所述比较电路。

当所述比较结果为第一比较信号时，所述第一开关导通，所述第二开关断开，所述对比电压为参考电压生成器输出的参考电压与波动电压生成器生成的波动电压之和，当所述比较结果为第二比较信号时，所述第一开关断开，所述第二开关导通，所述对比电压为所述参考电压与所述波动电压之差。

当所述对比电压大于所述预设电压时，所述比较电路输出所述第一比较信号，当所述对比电压小于所述预设电压时，所述比较电路输出所述第二比较信号。

所述电压转换器还包括：

频率调节电路，所述频率调节电路电连接于比较电路、波动电压生成器、一外部时钟源，用于接收所述比较电路输出的频率信号和一外部时钟源输出的时钟信号，所述频率调节电路通过比较所述频率信号和所述时钟信号的频率，以输出调频信号，所述波动电压生成器接收所述调频信号，并根据所述调频信号调节所述波动电压，以调节所述比较电路的工作频率。

所述第二反馈电压大于或等于所述参考电压与波动电压之差，所述第二反馈电压小于或等于所述参考电压与波动电压之和。

所述比较电路包括第一比较器，第一比较器的正输入端电连接于第一开关的第二端、第二开关的第二端，以接收对比电压，第一比较器的负输入端电连接于斜波生成电路，以接收第二反馈电压，第一比较器的输出端接比较信号。

所述开关电路包括第三开关、第四开关，第三开关的第一端接比较信号，第三开关的第二端电连接于外部电源，以接收输入电压，第三开关的第三端电连接于第四开关的第一端、斜波生成电路、转换电路，第四开关的第二端接比较信号，第四开关的第三端接地；

当所述比较结果为第一比较信号时，所述第三开关导通，所述第四开关断开，当所述比较结果为第二比较信号时，所述第三开关断开，所述第四开关导通。

本申请实施例第二方面提供一种电子设备，所述电子设备包括上述任一项所述的电压转换器。

由此，本申请实施例提供的电压转换器和具有该电压转换器的电子设备，可以调节电压转换器的工作频率，改善电压输出电压纹波，在不同的输出电压条件下保持电压转换器的动态性能。

附图说明

图1为现有技术中电压模迟滞型降压器的电路图。

图2为现有技术中伪电流模迟滞型降压器的电路图。

图3为本申请实施例提供的电子设备的结构框图。

图4为图3中比较电路的工作频率与波动电压的关系示意图。

图5为本申请实施例提供的电压转换器与对比电路的电路图。

图6为本申请实施例提供的频率调节电路的电路图。

图7为本申请实施例提供的斜波生成电路的电路图。

主要元件符号说明

电压转换器 100

电压模迟滞型降压器 200

伪电流模迟滞型降压器 300

比较电路 10

控制电路 11

驱动电路 12

频率调节电路 20

斜波生成电路 30

参考电压生成器 40

波动电压生成器 50

转换电路 70

开关电路 80

对比电路 90

开关 S1、S2、S3、S4

电阻 Rf1、Rf2、Roc、RCP、RRP、Rs1

电容 Co、CCP、CCP2、Cf1、CRP

电感 L1

比较器 C1

PMOS管 M1

NMOS管 M2

运算放大器 A1

电流源 CC1、CC2

D触发器 DFF1、DFF2

延时器 D1

与非逻辑门 13

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

本申请实施例中，“第一”、“第二”等词汇，仅是用于区别不同的对象，不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。例如，第一应用、第二应用等是用于区别不同的应用，而不是用于描述应用的特定顺序，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。

请参阅图3，图3所示为本申请实施例提供的电子设备400的结构框图。如图3所示，电子设备400可以包括电压转换器100和对比电路90，电压转换器100与对比电路90电连接，以接收对比电路90输出的对比电压。

本实施例中，对比电路90包括参考电压生成器40、波动电压生成器50，参考电压生成器40可以用于提供一参考电压VREF，波动电压生成器50可以用于提供一波动电压∆V，参考电压VREF与波动电压∆V通过计算可以得到对比电压，该对比电压可以为参考电压VREF与波动电压∆V之和，也可以为参考电压VREF与波动电压∆V之差。电压转换器100可以比较所述对比电压与一预设电压，从而产生比较信号，当所述比较信号表示对比电压大于预设电压时，所述对比电压可以被确定为参考电压VREF与波动电压∆V之和，记为上阈值，当所述比较信号表示对比电压小于预设电压时，所述对比电压可以被确定为参考电压VREF与波动电压∆V之差，记为下阈值。

在一些实施例中，电子设备400可以为手机、POS机、手持扫码枪、手持打印机、电子烟具、遥控器、蓝牙耳机、蓝牙耳机仓、平板电脑等电子设备，也可以为射频放大器、集成电路芯片等电子元件。

本实施例中，电压转换器100可以包括：比较电路10、开关电路80、转换电路70，频率调节电路20、斜波生成电路30，比较电路10电连接于开关电路80与频率调节电路20，开关电路80电连接于转换电路70与斜波生成电路30，比较电路10可以接收对比电路90产生的对比电压，并将该对比电压与一预设电压进行比较，输出比较电压，开关电路80可以接收该比较电压，并根据该比较电压控制开关电路80导通或断开与一外部电源的电连接。具体来说，当所述比较信号表示对比电压大于预设电压时，开关电路80可以导通与一外部电源的电连接，并将外部电源输出的输入电压传送到转换电路70与斜波生成电路30，当所述比较信号表示对比电压小于预设电压时，开关电路80可以断开与外部电源的电连接。

转换电路70用于当开关电路80导通与一外部电源的电连接时，将外部电源提供的输入电压或接地电压转换为第一反馈电压和输出电压，并传送到斜波生成电路30。

斜波生成电路30用于接收外部电源提供的输入电压，并产生斜波电压，该斜波电压与转换电路70的输出电压相关联，可以在更宽电压范围内保持电压转换器100具有较优的动态性能。斜波生成电路30将该斜波电压与该第一反馈电压相加，输出为第二反馈电压，传送回比较电路10，可以理解，第二反馈电压可以作为预设电压。

本实施例中，比较电路10可以将表示其工作频率的频率信号传送到频率调节电路20，频率调节电路20可以接收一外部时钟源产生的时钟信号，并比较该频率信号与该时钟信号的频率，输出比较结果为调频信号到波动电压生成器，该调频信号用于控制波动电压生成器50，以调节波动电压，从而调节比较电路10的工作频率。具体来说，如图4所示，示出了比较电路10的工作频率与波动电压的关系，曲线K1为波动电压∆V较大时第二反馈电压VFB的电压变化曲线，曲线K2为波动电压∆V较小时第二反馈电压VFB的电压变化曲线，可以理解，比较电路10的工作周期为第二反馈电压两次达到上阈值（或下阈值）之间经历的时间，比较电路10的工作频率为该时间的倒数。

当由上阈值和下阈值两者确定的电压范围较大时，第二反馈电压需要较长时间达到上阈值或下阈值，则比较电路10的工作频率较大，当上阈值与下阈值确定的电压范围较小时，第二反馈电压需要较短时间达到上阈值或下阈值，则比较电路10的工作频率较小。因此，频率调节电路20可以根据控制波动电压生成器50，以调节波动电压，从而锁定比较电路10的工作频率，改善比较电路10的输出电压纹波。

请参阅图5，图5所示为本申请实施例提供的电压转换器100和对比电路90的电路图。如图5所示，比较电路10可以包括：比较器C1、控制电路11、驱动电路12、对比电路90可以包括波动电压生成器50、参考电压生成器40、加法器、减法器、开关S1、开关S2，开关电路80可以包括PMOS管M1、NMOS管M2，转换电路70可以包括电感L1、电阻Rf1、电阻Rf2、电容Co及其等效串联电阻Roc。

可以理解，PMOS管M1与NMOS管M2为开关管，在一些实施例中，可以用其他开关元件（例如，三极管）代替PMOS管M1与NMOS管M2，本申请对此不作限制。

本实施例中，开关S1的第一端与波动电压生成器50、参考电压生成器40电连接，开关S1的第二端与比较器C1的正极输入端电连接，开关S2的第一端与波动电压生成器50、参考电压生成器40电连接，开关S2的第二端与比较器C1的正极输入端电连接，比较器C1的输出端与开关S1、开关S2、控制电路11电连接，控制电路11的输出端与频率调节电路20的输入端、驱动电路12的输入端电连接，频率调节电路20的输出端与波动电压生成器50电连接，驱动电路12的第一输出端与PMOS管M1的栅极电连接，驱动电路12的第二输出端与NMOS管M2的栅极电连接，PMOS管M1的源极接输入电压VIN，NMOS管M2的漏极接电感L1的第一端，NMOS管M2的源极接地，NMOS管M2的漏极接电感L1的第一端和PMOS管M1的漏极，电感L1的第一端与斜波生成电路30的第一输入端电连接，电感L1的第二端与电阻Rf1的第一端、电容Co的等效串联电阻Roc电连接，且电感L1的第二端接输出电压VOUT，电阻Rf1的第二端与电阻Rf2的第一端、斜波生成电路30的第二输入端电连接，电阻Rf2的第二端接地，斜波生成电路30的输出端与比较器C1的负极输入端电连接。

可以理解，当开关S1打开，开关S2断开时，比较器C1的阈值电压为上阈值，即参考电压VREF与波动电压∆V之和，若比较器C1的负极输入端电压（即第二反馈电压VFB）小于该上阈值，则比较器C1的输出信号为高电平信号，该高电平信号可以用于控制电路11控制驱动电路12在第一输出端输出高电平信号，在第二输出端输出低电平信号，由此，PMOS管M1导通，NMOS管M2断开，电感L1开始充电。

当开关S1断开，开关S2打开时，比较器C1的阈值电压为下阈值，即参考电压VREF与波动电压∆V之差，若比较器C1的负极输入端电压（即第二反馈电压VFB）大于该下阈值，则比较器C1的输出信号为低电平信号，该低电平信号可以用于控制电路11控制驱动电路12在第一输出端输出低电平信号，在第二输出端输出高电平信号，由此，PMOS管M1截止，NMOS管M2导通，电感L1开始放电。

需要说明的是，斜波生成电路30产生的斜波电压与输入电压、输出电压相关联，且与流经电感L1的电流I1成比例，当电感L1充电时，I1增大，斜波电压增大，因此第二反馈电压增大；当电感L1放电时，I1减小，斜波电压减小，因此第二反馈电压减小。

当第二反馈电压增大到上阈值时，比较器C1输出低电平信号，由于电感L1的放电过程，第二反馈电压减小，当第二反馈电压减小到下阈值时，比较器C1输出高电平信号，由于电感L1的充电过程，第二反馈电压增大，如此，比较器C1的输出信号为一脉冲宽度调制（PulseWidthModulation，PWM）信号，其具有一定的占空比，该PWM信号可以反馈到开关S1和开关S2，开关S1和开关S2可以根据该PWM信号的占空比控制打开或断开。举例说明，当该PWM信号为高电平信号时，开关S1打开，开关S2断开，当该PWM信号为低电平信号时，开关S2打开，开关S1断开。可以理解，该占空比可以表示开关S1、开关S2的打开或断开的频率，即比较电路10的工作频率。

请参阅图6，图6所示为本申请实施例提供的频率调节电路20的电路图，如图6所示，频率调节电路20可以包括：D触发器DFF1、D触发器DFF2、延时器D1、与非逻辑门13、电流源CC1、电流源CC2、开关S3、开关S4、电阻RCP、电容CCP、电容CCP2。

本实施例中，D触发器DFF1的D输入端接电源电压VDD，电源电压VDD可以由一外部电源提供，D触发器DFF1的CK输入端接比较电路10的频率信号Q，频率信号Q表示比较电路10的开关S1和开关S2的打开和断开的频率，D触发器DFF1的输出端与与非逻辑门13的第一输入端、开关S3的第三端电连接，D触发器DFF2的CK输入端接电源电压VDD，D触发器DFF2的D输入端接频率信号Q，D触发器DFF2的输出端与与非逻辑门13的第二输入端、开关S4的第三端电连接，与非逻辑门13的输出端与延时器D1的输入端电连接，延时器D1的输出端与D触发器DFF1的RB输入端、D触发器DFF2的RB输入端电连接，电流源CC1的第一端接电源电压VDD，电流源CC1的第二端接开关S3的第一端，开关S3的第二端接调频信号CPOUT，且开关S3的第二端与开关S4的第一端、电阻RCP的第一端、电容CCP2的第一端电连接，开关S4的第二端与电流源CC2的第一端电连接，电流源CC2的第二端接地，电阻RCP的第二端与电容CCP的第一端电连接，电容CCP的第二端接地，电容CCP2的第二端接地。

可以理解，频率调节电路20可以比较比较电路10的工作频率与外部时钟信号的频率，并将比较结果输出为调频信号CPOUT，当调频信号CPOUT的电压减小时，波动电压生成器50可以减小其输出的波动电压，当调频信号CPOUT的电压增大时，波动电压生成器50可以增大其输出的波动电压，以根据图5中波动电压与比较电路10的工作频率的关系来调节比较电路10的工作频率，且使比较电路10的工作频率与外部时钟信号的频率相同。

请参阅图7，图7所示为本申请实施例提供的斜波生成电路30的电路图，如图7所示，斜波生成电路30可以包括：电阻RRP、电阻Rs1、电容CRP、电容Cf1、运算放大器A1。

本实施例中，电阻RRP的第一端接PMOS管M1的漏极、NMOS管M2的漏极（图5中示出）、电阻Rs1的第一端，电阻Rs1的第二端与运算放大器A1的输入端、电容Cf1的第一端电连接，运算放大器A1的输出端与电容CRP的第二端电连接，电容CRP的第一端与电阻RRP的第二端电连接，且电容CRP的第一端接斜波电压、第一反馈电压VFB0与第二反馈电压VFB。

需要说明的是，电阻Rs1和电容Cf1构成一个低通滤波器，将SW节点的开关波形滤波成为与输出电压VOUT均值相等的信号SWF，运算放大器A1将SWF信号的驱动能力增强后，通过电阻RRP和电容CRP的耦合作用产生VRAMP信号，该VRAMP信号的电流大小和流经电感L1的电流成比例，对于电阻RRP来说，斜波电流Is满足以下公式：Is=（VIN-VOUT）/RRP，因此无需检测流经电感L1的电流即可获取输出电压的信息，斜波生成电路30可以在更宽电压范围内保持电压转换器100较优的动态性能。

由此，本申请实施例提供的电压转换器100和具有该电压转换器100的电子设备400，可以调节电压转换器的工作频率，改善电压输出电压纹波，在不同的输出电压条件下保持电压转换器100的动态性能。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本申请，而并非用作为对本申请的限定，只要在本申请的实质精神范围之内，对以上实施例所作的适当改变和变化都落在本申请要求保护的范围之内。

Claims (7)

1.一种电压转换器，其特征在于，所述电压转换器包括比较电路、开关电路、转换电路以及斜波生成电路；

所述比较电路电连接于对比电路，用于接收对比电路输出的对比电压，并用于比较所述对比电压与一预设电压，输出比较信号；

所述开关电路电连接于所述转换电路与一外部电源之间，用于接收所述比较信号，并根据所述比较信号导通或断开所述开关电路与所述外部电源之间的电连接；

转换电路，电连接于所述开关电路；当所述开关电路导通所述转换电路与所述外部电源之间的连接时，所述转换电路用于将所述外部电源的输入电压转换为第一反馈电压；

斜波生成电路，电连接于所述开关电路与转换电路，用于接收所述外部电源的输入电压及所述第一反馈电压，并将所述输入电压转换为斜波电压，且用于将所述斜波电压与所述第一反馈电压进行相加，以输出第二反馈电压到比较电路，其中，所述第二反馈电压作为所述比较电路的预设电压；

所述对比电路包括参考电压生成器、波动电压生成器、第一开关、第二开关，第一开关的第一端接参考电压生成器输出的参考电压与波动电压生成器输出的波动电压之和，第二开关的第一端接参考电压与波动电压之差，第一开关与第二开关的第二端均电连接于所述比较电路；

当所述比较结果为第一比较信号时，所述第一开关导通，所述第二开关断开，所述对比电压为参考电压生成器输出的参考电压与波动电压生成器生成的波动电压之和，当所述比较结果为第二比较信号时，所述第一开关断开，所述第二开关导通，所述对比电压为所述参考电压与所述波动电压之差；

频率调节电路，所述频率调节电路电连接于比较电路、波动电压生成器、一外部时钟源，用于接收所述比较电路输出的频率信号和一外部时钟源输出的时钟信号，所述频率调节电路通过比较所述频率信号和所述时钟信号的频率，以输出调频信号，所述波动电压生成器接收所述调频信号，并根据所述调频信号调节所述波动电压，以调节所述比较电路的工作频率。

2.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于：

当所述对比电压大于所述预设电压时，所述比较电路输出所述第一比较信号，当所述对比电压小于所述预设电压时，所述比较电路输出所述第二比较信号。

3.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于：

所述第二反馈电压大于或等于所述参考电压与波动电压之差，所述第二反馈电压小于或等于所述参考电压与波动电压之和。

4.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述比较电路包括第一比较器，第一比较器的正输入端电连接于第一开关的第二端、第二开关的第二端，以接收对比电压，第一比较器的负输入端电连接于斜波生成电路，以接收第二反馈电压，第一比较器的输出端接比较信号。

5.如权利要求1所述的电压转换器，其特征在于，所述开关电路包括第三开关、第四开关，第三开关的第一端接比较信号，第三开关的第二端电连接于外部电源，以接收输入电压，第三开关的第三端电连接于第四开关的第一端、斜波生成电路、转换电路，第四开关的第二端接比较信号，第四开关的第三端接地。

6.如权利要求5所述的电压转换器，其特征在于：

当所述比较结果为第一比较信号时，所述第三开关导通，所述第四开关断开，当所述比较结果为第二比较信号时，所述第三开关断开，所述第四开关导通。

7.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1-6中任一项所述的电压转换器。

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