CN204168138U - 直流对直流转换器及其电压调整电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种直流对直流转换器及其电压调整电路。上述电压调整电路包括参考电压产生单元与临界电压产生单元。参考电压产生单元用以接收电压生成信号，并依据电压生成信号产生参考电压，其中参考电压是由第一位准升高至目标位准。临界电压产生单元耦接参考电压产生单元，用以接收电压生成信号，并利用电压生成信号来产生第二位准，其中第二位准大于第一位准且小于参考电压。当参考电压由第一位准升高至第二位准时，参考电压产生单元使得参考电压先由第二位准降低一预设值后再继续升高至目标位准。

Description

直流对直流转换器及其电压调整电路

技术领域

本实用新型与直流对直流转换器(DC-DC Converter)有关，特别是关于一种能够改善输出电压的过冲(Overshoot)现象的直流对直流转换器及其电压调整电路。

背景技术

在电脑系统中，提供给处理器的工作电压是由直流对直流转换器所提供，其中直流对直流转换器依据处理器所提供的电压生成信号VID来改变工作电压的大小。

请参照图1，图1为已知处理器的供电示意图。处理器11依据目前的负载来提供电压生成信号VID至直流对直流转换器12中的电压调整电路121。电压调整电路121接收电压生成信号VID且依据电压生成信号VID来动态提供不同大小的参考电压EAP。

上述直流对直流转换器12包括至少一个开关元件(例如开关M1～M2)，直流对直流转换器12依据参考电压EAP与回授的输出电压Vout来将输入电压Vin转换为输出电压Vout，其中输出电压Vout可作为处理器11的工作电压。然而，在一些应用中，输出电压Vout成为额定值的变化速度是依据处理器11所指定的转换速率(Slew Rate,SR)来决定。

请参照图2，图2为已知处理器的供电曲线示意图。有关图2的说明亦请一并参照图1。通常，在开机阶段或由轻载突然变成重载时，直流对直流转换器12会控制输出电压Vout由一低位准拉升至额定输出电压。此时，直流对直流转换器12会依据电压生成信号VID控制输出电压Vout向上爬升。然而，若处理器11所提供的转换速率SR较快时，直流对直流转换器12对处理器11所提供的输出电流(亦即电感电流IL)会有多余的部分，如图2中的实际输出电流曲线REC高于理想输出电流曲线IDC所围成的面积(亦即电量)Q2所示，上述多余的电量将导致图2中的实际输出电压曲线REV高于理想输出电压曲线(额定输出电压)IDV而产生过冲现象，亟待克服。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提出一种直流对直流转换器及其电压调整电路，由此解决现有技术所述及的问题。

根据本实用新型的一具体实施例为一种电压调整电路。于此实施例中，电压调整电路包括参考电压产生单元与临界电压产生单元。参考电压产生单元用以接收电压生成信号，并依据电压生成信号产生参考电压，其中参考电压是由第一位准升高至目标位准。临界电压产生单元耦接参考电压产生单元，用以依据电压生成信号来产生第二位准，并提供第二位准至参考电压产生单元。第二位准大于第一位准且小于目标位准。当参考电压由第一位准升高至第二位准时，参考电压产生单元使得参考电压先由第二位准降低一预设值后再继续升高至目标位准。

于本实用新型的一实施例中，参考电压产生单元包括电压产生单元、计数电路与处理电路。计数电路用以接收时脉信号与电压生成信号，并产生电压生成控制信号。处理电路耦接计数电路与临界电压产生单元，用以依据电压生成控制信号、第二位准与预设值控制电压产生单元输出参考电压。

根据本实用新型的另一具体实施例为一种直流对直流转换器。于此实施例中，直流对直流转换器包括输出级、控制回路、参考电压产生单元与临界电压产生单元。控制回路耦接输出级。参考电压产生单元耦接控制回路，用以接收电压生成信号并依据电压生成信号产生参考电压至控制回路，使得控制回路依据参考电压来控制输出级提供具有预设转换速率的输出电流。参考电压是由第一位准升高至目标位准。临界电压产生单元耦接参考电压产生单元，用以接收电压生成信号并利用电压生成信号来产生第二位准。第二位准大于第一位准且小于目标位准。当参考电压由第一位准升高至第二位准时，参考电压产生单元使得参考电压先由第二位准降低一预设值后再继续升高至目标位准。

于本实用新型的一实施例中，该参考电压产生单元包括：一电压产生单元；一计数电路，用以接收一时脉信号与该电压生成信号，并产生一电压生成控制信号；以及一处理电路，耦接该计数电路与该临界电压产生单元，用以根据该计数信号、该第二位准与该预设值控制该电压产生单元输出该参考电压。

综上所述，本实用新型所提供的直流对直流转换器及其电压调整电路是通过在参考电压上升过程中，强制降低一预设电压，由此减少直流对直流转换器输出多余的输出电流，故能有效改善现有技术中当输出电压上升至额定电压时由于多余的输出电流而导致的过冲现象。

关于本实用新型的优点与精神可以通过以下的具体实施方式及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1图示已知处理器的供电示意图。

图2图示已知处理器的供电曲线示意图。

图3图示本实用新型一实施例的处理器的供电示意图。

图4图示本实用新型的电压调整电路产生参考电压EAP的示意图。

图5图示本实用新型一实施例的电压调整电路的细部功能方块图。

图6图示本实用新型一实施例产生第二位准VX的示意图。

图7图示本实用新型另一实施例的参考电压产生单元的功能方块图。

主要元件符号说明：

11、30：处理器

12、3：直流对直流转换器

121、31：电压调整电路

122、321：比较器

123、322：单击电路

124、323：驱动器

32：控制回路

33：输出级

310、7：参考电压产生单元

312：临界电压产生单元

3101：计数电路

3102：处理电路

3103：电压产生单元

72、73：电流源

74、78：比较器

75：电压选择电路

BG、71：初始电压产生电路

ISW、77：内部开关单元

BF、76：缓冲器

CLK：时脉信号

VID、VID1～VIDx：电压生成信号

VID_CODE：电压生成控制信号

VTUNE：预设值

EAP：参考电压

Vin：输入电压

Vout：输出电压

SR：转换速率

S1、S2、M1、M2：开关

R：电阻

C：电容

EA：误差放大器

EAP_INT：第一位准

VX：第二位准

EAP_TAG：目标位准

IL：电感电流

ESR：输出电阻

Cout：输出电容

comp：误差信号

ramp：斜波信号

IDC：理想输出电流曲线

REC：实际输出电流曲线

IDV：理想输出电压曲线

REV：实际输出电压曲线

Q1、Q2、Q3：实际输出电流与理想输出电流的电量差

VTUNE：预设值

IDL：理想电感电流曲线

REL：实际电感电流曲线

tx：时间

dt：时间差

dV：电压差

VDD：操作电压

I：电流

Ip*R：参考电压降低的预设值

具体实施方式

现在将详细参考本实用新型的示范性实施例，并在附图中说明所述示范性实施例的实例。另外，在图式与实施方式中所使用相同或类似标号的元件/构件是用来代表相同或类似部分。

在下述诸实施例中，当元件被指为“连接”或“耦接”至另一元件时，其可为直接连接或直接耦接另一元件，或可能存在介于其间的元件。术语“电路”或“单元”可表示为至少一元件或多个元件，或者主动地且/或被动地而耦接在一起的元件以提供合适功能。术语“信号”可表示为至少一电流、电压、负载、温度、数据或其他信号。术语“准位”可表示为一电流值或电压值。

图3图示根据本实用新型一实施例的处理器的供电示意图。如图3所示，直流对直流转换器3包括电压调整电路31、控制回路32与输出级33，其中电压调整电路31包括参考电压产生单元310与临界电压产生单元312，其中临界电压产生单元312耦接参考电压产生单元310。

控制回路32分别耦接输出级33与电压调整电路31。处理器30耦接直流对直流转换器3的输出端以及耦接直流对直流转换器3的电压调整电路31，其中处理器30还耦接参考电压产生单元310与临界电压产生单元312，以分别提供电压生成信号VID及/或转换速率信号SR至参考电压产生单元310与临界电压产生单元312，使得电压调整电路31能够依据电压生成信号VID来提供参考电压EAP。

在本实施例中，控制回路32还包括误差放大器EA，其一输入端耦接参考电压产生单元310，以接收参考电压EAP，误差放大器EA的另一输入端耦接直流对直流转换器3的输出端，以接收关于直流对直流转换器3的输出电压Vout的回授信号，由此误差放大器EA可依据参考电压EAP与输出电压Vout的回授信号来产生误差信号comp，使得直流对直流转换器3能够依据误差信号comp来将输入电压Vin转换为输出电压Vout。换句话说，控制回路32依据参考电压EAP来控制输出级33提供具有预设转换速率的输出电流(电感电流)IL至处理器30。

参考电压产生单元310分别耦接控制回路32、临界电压产生单元312与处理器30。参考电压产生单元310接收电压生成信号VID并依据电压生成信号VID产生参考电压EAP，以提供参考电压EAP至控制回路32的误差放大器EA。临界电压产生单元312耦接处理器30，用以接收来自处理器30的电压生成信号VID，由此临界电压产生单元312可依据电压生成信号VID来产生第二位准VX，并提供第二位准VX至参考电压产生单元310，使得参考电压产生单元310可利用第二位准VX来调整参考电压EAP。关于参考电压产生单元310与临界电压产生单元312的详细说明，容后详述。

请参照图4，图4图示依据本实用新型的电压调整电路产生参考电压EAP的示意图。关于图4的说明亦请一并参照图3。当参考电压产生单元310接收到电压生成信号VID后，参考电压产生单元310会依据其所接收的电压生成信号VID来提供参考电压EAP。在本实施例中，处理器30会依序地提供电压生成信号VID至参考电压产生单元310，使得参考电压产生单元310所提供的参考电压EAP由第一位准EAP_INT上升至目标位准EAP_TAG，例如：参考电压EAP可以由0伏特爬升至2.85伏特，但不以此为限。

在本实施例中，参考电压产生单元310会依据电压生成信号VID不断地提供愈来愈大的参考电压EAP，直到参考电压产生单元310所提供的参考电压EAP实质上等于临界电压产生单元312所提供的第二位准VX时，如图4所示，参考电压产生单元310所提供的参考电压EAP会降低一预设值VTUNE而成为中继电压。接着，参考电压产生单元310所提供的参考电压EAP再从中继电压继续上升至目标位准EAP_TAG。其中，第二位准VX会大于第一位准EAP_INT且会小于目标位准EAP_TAG。

请参照图5，图5图示依据本实用新型一实施例的电压调整电路31的细部功能方块图。如图5所示，电压调整电路31中的参考电压产生单元310包括计数电路3101、处理电路3102与电压产生单元3103，其中电压产生单元3103还包括初始电压产生电路BG、内部开关单元ISW与缓冲器BF。计数电路3101耦接处理器30，处理电路3102分别耦接计数电路3101与电压产生单元3103。处理电路3102还耦接临界电压产生单元312。电压产生器BG耦接内部开关单元ISW。内部开关单元ISW耦接缓冲器BF。

临界电压产生单元312接收电压生成信号VID且依据电压生成信号VID提供第二位准VX至参考电压产生单元310，其中第二位准VX与电压生成信号VID所代表的参考电压EAP的目标位准具有一比例关系，例如：第二位准VX可以是参考电压EAP的目标位准的80％，但不以此为限。在其他实施例中，第二位准VX亦可依据电压生成信号VID与至少一个公式来计算出。

在一些实施例中，电压生成信号VID可能因处理器103的平台规范不同而具有不同的态样，例如：电压生成信号VID可以是数字信号、串列信号(SVID)或脉冲宽度调变信号(PWM VID)等态样。在图5的实施例中，电压生成信号VID例如是数字信号，由此参考电压产生单元310可利用计数电路3101与处理电路3102来对电压生成信号VID进行转换并控制电压产生单元3103产生参考电压EAP。

计数电路3101接收电压生成信号VID与时脉信号CLK。由此，计数电路3101可依据电压生成信号VID与时脉信号CLK产生电压生成控制信号VID_CODE并输出至处理电路3102。处理电路3102分别接收电压生成控制信号VID_CODE、第二位准VX及预设值VTUNE，并据以控制电压产生单元3103中的电压产生器BG与内部开关单元ISW产生参考电压EAP。

在本实施例中，处理电路3102通过解析其所接收的电压生成控制信号VID_CODE所对应的参考电压EAP的方式将电压生成控制信号VID_CODE所对应的参考电压EAP来与第二位准VX进行比较。

若上述比较的结果为电压生成控制信号VID_CODE所对应的参考电压EAP小于第二位准VX，则处理电路3102控制电压产生单元3103中的电压产生器BG与内部开关单元ISW提供相对应的参考电压EAP。若上述比较的结果为电压生成控制信号VID_CODE所对应的参考电压EAP实质上等于或大于第二位准VX，则处理电路3102控制电压产生单元3103中的初始电压产生电路BG与内部开关单元ISW提供降低一预设值VTUNE的参考电压EAP而成为中继电压。接着，处理电路3102会再控制电压产生单元3103所提供的参考电压EAP由中继电压继续往上爬升至目标位准EAP_TAG。

因此，当参考电压EAP上升至第二位准VX时，处理电路3102会使得参考电压EAP瞬间被往下拉预设值VTUNE。当参考电压EAP被往下拉时，会使得直流对直流转换器102的输出电压Vout瞬间从快速往上变成慢慢往上，亦即输出电压Vout的上升速度趋缓，此时多余的输出电流(电感电流)IL仍可慢慢地将输出电压Vout拉升至额定值。

请参照图6，图6图示本实用新型的一实施例产生第二位准VX的示意图。因计算第二位准VX需预先计算输出电容充电和累积电荷的物理量值，欲使参考电压EAP以固定转换速率SR爬升，由及可计算出I＝SR×C。且依据公式可计算出

如图6所示，若在时间tx提早进行放电，即可使得过充电荷与不足电荷正好抵销，亦即可计算出 $\mathrm{dt}=\mathrm{SR}\frac{\mathrm{LC}}{2\mathrm{VID}}.$

值得注意的是，第二位准VX的大小是依据电压生成信号VID计算而得，亦即第二位准VX的大小会随着不同的电压生成信号VID而改变，因此第二位准VX并非具有固定值的预设位准。

请参照图7，图7图示本实用新型另一实施例的参考电压产生单元的功能方块图。如图7所示，参考电压产生单元7包括初始电压产生电路71、电流源72～73、开关S1～S2、电阻R、比较器74～78、电压选择电路75、缓冲器76及内部开关单元77。其中，处理器30耦接内部开关单元77、初始电压产生电路71与临界电压产生单元312。临界电压产生单元312耦接电压选择电路75。内部开关单元77分别耦接初始电压产生电路71、电阻R、电流源72～73与比较器78。缓冲器76分别耦接电阻R、电流源73与比较器74。电阻R耦接于电流源72与73之间。比较器74耦接缓冲器76、电压选择电路75与开关S1～S2。电压选择电路75还耦接临界电压产生单元312。

初始电压产生电路71与内部开关单元77接收来自处理器30的电压生成信号VID，并通过开关S1～S2与电流源72～73的操作与缓冲器76来输出参考电压EAP。在图7中，比较器74比较参考电压EAP与第二位准VX，其中第二位准VX可通过临界电压产生单元312及/或电压选择电路75来提供。当参考电压EAP大于第二位准VX时，比较器74会控制开关S1～S2中的至少其一来使参考电压EAP降低一预设值。于此实施例中，假设预设值是Ip*R，因此，参考电压EAP会降低预设值(Ip*R)至中继电压，接着，参考电压EAP再由中继电压往上爬升至目标位准。

综上所述，本实用新型所提供的直流对直流转换器及其电压调整电路可预先降低输出电流对输出电容的充电，由此减少直流对直流转换器输出多余的输出电流，故能有效改善现有技术中当输出电压上升至额定电压时由于多余的输出电流而导致的过冲现象。

通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本实用新型的特征与精神，而并非以上述所公开的较佳具体实施例来对本实用新型的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本实用新型所欲申请的权利要求的范畴内。

Claims (4)

1.一种电压调整电路，其特征在于，上述电压调整电路包括：

一参考电压产生单元，用以接收一电压生成信号，并依据上述电压生成信号产生一参考电压，其中上述参考电压是由一第一位准升高至一目标位准；以及

一临界电压产生单元，耦接上述参考电压产生单元，用以依据上述电压生成信号来产生一第二位准，并提供上述第二位准至上述参考电压产生单元，

其中，上述第二位准大于上述第一位准且小于上述目标位准，当上述参考电压由上述第一位准升高至上述第二位准时，上述参考电压产生单元使得上述参考电压先由上述第二位准降低一预设值后再继续升高至上述目标位准。

2.如权利要求1所述的电压调整电路，其特征在于，上述参考电压产生单元包括：

一电压产生单元；

一计数电路，用以接收一时脉信号与上述电压生成信号，并产生一电压生成控制信号；以及

一处理电路，耦接上述计数电路与上述临界电压产生单元，用以根据上述电压生成控制信号、上述第二位准与上述预设值控制上述电压产生单元输出上述参考电压。

3.一种直流对直流转换器，其特征在于，上述直流对直流转换器包括：

一输出级；

一控制回路，耦接上述输出级；

一参考电压产生单元，耦接上述控制回路，用以接收一电压生成信号，并依据上述电压生成信号产生一参考电压至上述控制回路，使得上述控制回路依据上述参考电压来控制上述输出级提供具有预设转换速率的一输出电流，其中上述参考电压是由一第一位准升高至一目标位准；以及

一临界电压产生单元，耦接上述参考电压产生单元，用以接收上述电压生成信号，并利用上述电压生成信号来产生一第二位准，其中上述第二位准大于上述第一位准且小于上述目标位准，

其中，当上述参考电压由上述第一位准升高至上述第二位准时，上述参考电压产生单元使得上述参考电压先由上述第二位准降低一预设值后再继续升高至上述目标位准。

4.如权利要求3所述的直流对直流转换器，其特征在于，上述参考电压产生单元包括：

一电压产生单元；

一计数电路，用以接收一时脉信号与上述电压生成信号，并产生一电压生成控制信号；以及

一处理电路，耦接上述计数电路与上述临界电压产生单元，用以根据上述计数信号、上述第二位准与上述预设值控制上述电压产生单元输出上述参考电压。