CN206294077U - 直流对直流转换器与其导通时间产生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直流对直流转换器与其导通时间产生器，且导通时间产生器包括控制电压产生电路与时间产生电路。控制电压产生电路依据参考电压与预设电压产生控制电压。参考电压相关于直流对直流转换器的电压识别信号。时间产生电路耦接控制电压产生电路，并依据控制电压产生时间信号。当参考电压小于预设电压时，控制电压等于预设电压，且当参考电压大于或是等于预设电压时，控制电压等于参考电压。本实用新型提供的导通时间产生器可提升直流对直流转换器的反应速度以及瞬态响应速度，并可避免下冲(undershoot)或过冲(overshoot)现象，从而有助于提升直流对直流转换器的稳定性。

Description

直流对直流转换器与其导通时间产生器

技术领域

本实用新型涉及一种导通时间产生器，且尤其涉及一种直流对直流转换器与其导通时间产生器。

背景技术

一般而言，采用恒定导通时间(Constant On Time，简称COT)架构的直流对直流转换装置(DC-to-DC conversion device)具有导通时间产生器(on-time generator)，借此控制电源输出级中的功率开关。直流对直流转换装置会参照与电压识别(voltageidentification，简称VID)信号相关的参考电压来调整其输出电压。当电压识别信号改变时，参考电压将随之改变，进而致使直流对直流转换装置可通过反馈(feedback)机制来调整导通时间产生器所产生的时间信号。

如图1所示，S0与S2为现有的导通时间产生器的运作波形。当参考电压产生改变时，也即在直流对直流转换装置改变输出电压的瞬态期间内，S0为仅使用反馈电路控制，导通时间产生器所产生的时间信号的变化幅度不够大，进而降低直流对直流转换装置的反应速度或是瞬态响应(transient response)速度。

为了提升直流对直流转换装置的反应速度或是瞬态响应速度，现有技术提出了S2的控制方式，当参考电压产生改变时，导通时间产生器即产生较长导通时间的时间信号，使输出电压Vout2快速的提升至目标值，但太大的导通时间会产生过冲(overshoot)或下冲(undershoot)的情况。不论下冲或过冲的情况，都会降低直流对直流转换装置的稳定性。

实用新型内容

本实用新型提供一种直流对直流转换器与其导通时间产生器，可提升直流对直流转换器的反应速度以及瞬态响应速度，并可避免下冲(undershoot)或过冲(overshoot)现象，从而有助于提升直流对直流转换器的稳定性。

本实用新型的直流对直流转换器的导通时间产生器包括控制电压产生电路与时间产生电路。控制电压产生电路依据参考电压与预设电压产生控制电压。参考电压相关于直流对直流转换器的电压识别信号。时间产生电路耦接控制电压产生电路，并依据控制电压产生时间信号。当参考电压小于预设电压时，控制电压等于预设电压，且当参考电压大于或是等于预设电压时，控制电压等于参考电压。

在一实施例中，所述控制电压产生电路包括比较器与开关单元。比较器的第一输入端接收参考电压，且比较器的第二输入端接收预设电压。开关单元耦接比较器及时间产生电路，并根据比较器的输出信号切换控制电压产生电路的输出为预设电压或参考电压。

在一实施例中，所述时间产生电路包括充放电电路与比较器。充放电电路响应于直流对直流转换器中的时间控制信号产生充放电信号。比较器的第一输入端接收充放电信号，比较器的第二输入端耦接参考电压产生电路，且比较器产生时间信号。

本实用新型的直流对直流转换器的导通时间产生器包括控制电压产生电路与时间产生电路。控制电压产生电路用以提供控制电压，并包括开关单元与第一比较器。开关单元接收预设电压与参考电压。第一比较器接收预设电压与参考电压，且第一比较器耦接开关单元。时间产生电路耦接控制电压产生电路，并依据控制电压产生时间信号。

在一实施例中，所述时间产生电路包括充放电电路与第二比较器。第二比较器的第一输入端耦接充放电电路，第二比较器的第二输入端耦接开关单元。

本实用新型的直流对直流转换器包括驱动电路、电源输出级、反馈电路以及导通时间产生器。驱动电路依据时间信号产生多个驱动信号。电源输出级耦接驱动电路，并受控于所述多个驱动信号以致使直流对直流转换器将输入电压转换成输出电压。反馈电路耦接电源输出级，并依据输出电压与参考电压产生时间控制信号。导通时间产生器耦接反馈电路与驱动电路，并包括导通时间产生器与控制电压产生电路。控制电压产生电路依据参考电压与预设电压产生控制电压。参考电压相关于直流对直流转换器的电压识别信号。时间产生电路耦接控制电压产生电路，并依据控制电压产生时间信号。当参考电压小于预设电压时，控制电压等于预设电压，且当参考电压大于或是等于预设电压时，控制电压等于参考电压。

在一实施例中，所述控制电压产生电路包括比较器与开关单元。比较器的第一输入端接收参考电压，且比较器的第二输入端接收预设电压。开关单元耦接比较器的输出端及时间产生电路，并根据比较器的输出信号切换控制电压产生电路的输出为预设电压或参考电压。

在一实施例中，所述时间产生电路包括充放电电路与比较器。充放电电路响应于时间控制信号产生充放电信号。比较器的第一输入端接收充放电信号，比较器的第二输入端耦接参考电压产生电路的输出端，且比较器的输出端产生时间信号。

基于上述，本实用新型的导通时间产生器中的控制电压产生电路可利用参考电压与预设电压之其一来产生控制电压，且时间产生电路可依据控制电压来产生时间信号。借此，将可提升直流对直流转换器的反应速度以及瞬态响应速度，从而有助于提升直流对直流转换器的稳定性。

为让本实用新型的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是依照本实用新型一实施例，用以说明直流对直流转换器的波形与现有直流对直流转换器对比示意图。

图2是依照本实用新型一实施例的直流对直流转换器的示意图。

附图标号说明：

100：直流对直流转换器；

110：驱动电路；

111：缓冲器；

112：反相器；

120：电源输出级；

121～122：功率开关；

L1：电感；

C11～C13：电容；

130：反馈电路；

131：误差放大器；

132、151、162：比较器；

R11～R13：电阻；

140：导通时间产生器；

150：控制电压产生电路；

160：时间产生电路；

161：充放电电路；

163：电流源；

SW11：开关单元；

SW12：开关；

S0、S2：运作波形；

S1：时间信号；

S21～S22：驱动信号；

S3：时间控制信号；

S41：误差信号；

S42：锯齿波信号；

S5：充放电信号；

VIN：输入电压转；

Vout0、Vout1、Vout2：输出电压；

VFB：反馈电压；

VR：参考电压；

VTH：预设电压；

VCT：控制电压；

VS：电源电压；

T21、T22：期间；

V21：第一稳态电压；

V22：第二稳态电压；

PU21～PU31：脉冲。

具体实施方式

图1是依照本实用新型一实施例与现有技术对比的波形示意图，用以说明直流对直流转换器的运作波形。如图1所示，导通时间产生器中的时间产生电路所产生的时间信号S1包括多个脉冲(pulse)PU21～PU31。当参考电压VR维持在第一稳态电压V21时，时间信号S1的长度维持固定，也即脉冲PU21的宽度相等于脉冲PU31的宽度。

在参考电压VR从第一稳态电压V21逐渐上升至预设电压VTH的期间T21内，导通时间产生器中的控制电压产生电路将输出预设电压VTH，以作为控制电压。此时时间产生电路将可响应于预设电压VTH(也即，控制电压)大幅地提升时间信号S1的长度。例如在期间T21内的脉冲PU23的宽度明显大于脉冲PU21的宽度。预设电压VTH为一固定电压，因此在期间T21内的时间信号S1的长度维持固定，也即在期间T21内的脉冲PU23～PU25的宽度皆相同。

在参考电压VR从预设电压VTH逐渐上升至第二稳态电压V22的期间T22内，控制电压产生电路将输出参考电压VR，以作为控制电压。此时，时间产生电路将可响应于参考电压VR(也即，控制电压)逐渐地增加时间信号S1的长度。例如，在期间T22内的脉冲PU26～PU28，其宽度将逐渐递增。此外，当参考电压VR维持在第二稳态电压V22时，时间信号S1的长度将维持固定，也即脉冲PU29～PU31的宽度皆相同。

换言之，在参考电压VR从第一稳态电压V21逐渐上升至第二稳态电压V22的期间内，控制电压产生电路会比较参考电压VR与预设电压VTH，以从参考电压VR与预设电压VTH中择一作为控制电压。例如，当参考电压VR小于预设电压VTH时，控制电压将相等于预设电压VTH。当参考电压VR大于或是等于预设电压VTH时，控制电压将相等于参考电压VR。如此一来，时间产生电路将可在第一阶段(也即，期间T21)先将时间信号S1维持在较大的长度，并可接着在第二阶段(也即，期间T22)逐渐地增加时间信号S1的长度。

图2是依照本实用新型一实施例的直流对直流转换器的示意图。如图2所示，直流对直流转换器100可例如是具有恒定导通时间(Constant On Time，简称COT)架构的直流对直流转换装置(DC-to-DC conversion device)，且直流对直流转换器100包括驱动电路110、电源输出级120、由电感L1与电容C11所形成的阻抗电路、电阻R11～R12、反馈电路130以及导通时间产生器(on-time generator)140。

驱动电路110可依据时间信号S1产生多个驱动信号S21～S22。电源输出级120耦接驱动电路110，并受控于驱动信号S21～S22以致使直流对直流转换器100将输入电压转VIN换成输出电压Vout1。举例来说，驱动电路110包括缓冲器111与反相器112，且电源输出级120包括功率开关121～122。缓冲器111可依据时间信号S1产生驱动信号S21，以借此控制功率开关121的导通状态。反相器112可依据时间信号S1产生驱动信号S22，以借此控制功率开关122的导通状态。随着功率开关121～122的导通状态的改变，流经电感L1的电流将产生相应的改变，且电容C11也会产生相应的充电或是放电，从而致使输入电压VIN可通过电源输出级120转换成输出电压Vout1。

反馈电路130通过电阻R11～R12与阻抗电路耦接电源输出级120，并依据输出电压Vout1与参考电压VR产生时间控制信号S3。具体而言，反馈电路130包括误差放大器131、比较器132、电阻R13以及电容C12。电阻R11与电阻R12串联在输出电压Vout1与接地端之间，且电阻R11与电阻R12可形成分压电路，以产生与输出电压Vout1相关的反馈电压VFB。误差放大器131可依据反馈电压VFB与参考电压VR产生误差信号S41。比较器132会将误差信号S41与锯齿波信号S42进行比较，并据以产生时间控制信号S3。

导通时间产生器140耦接反馈电路130与驱动电路110，并包括控制电压产生电路150与时间产生电路160。控制电压产生电路150可依据参考电压VR与预设电压VTH产生控制电压VCT。时间产生电路160耦接控制电压产生电路150，并可依据控制电压VCT产生时间信号S1。在本实施例中，参考电压VR是与直流对直流转换器100的电压识别(voltageidentification，简称VID)信号相关的电压信号。也即直流对直流转换器100可响应于参考电压VR来调整其输出电压Vout1。举例来说，当参考电压VR从第一稳态电压V21逐渐上升至第二稳态电压V22时，直流对直流转换器100的输出电压Vout1也会从低电压逐渐上升至高电压。在其他实施例中，参考电压VR可以是由其他电压产生电路所提供的预设电压。

在参考电压VR从第一稳态电压V21逐渐上升至第二稳态电压V22的过程中，控制电压产生电路150可因应负载需求提供不同的控制电压VCT。如此一来，在输出电压Vout1产生改变的瞬态期间内，导通时间产生器140可先大幅地提升时间信号S1的长度，之后再逐渐增加时间信号S1的长度。借此将可有效地提升直流对直流转换器100的反应速度以及瞬态响应速度，并可避免直流对直流转换器100的输出电压Vout1出现下冲(undershoot)或是过冲(overshoot)的情况，从而有助于提升直流对直流转换器100的稳定性。

图2中的控制电压产生电路150包括比较器151与开关单元SW11。比较器151的非反相输入端(也即，第一输入端)接收参考电压VR，且比较器151的反相输入端(也即，第二输入端)接收预设电压VTH。开关单元SW11耦接比较器151与时间产生电路160。例如，开关单元SW11的第一端接收预设电压VTH，开关单元SW11的第二端接收参考电压VR，且开关单元SW11的第三端产生控制电压VCT。

在操作上，开关单元SW11根据比较器151的输出信号切换控制电压产生电路150的输出为预设电压VTH或参考电压VR。例如，开关单元SW11的第三端响应于比较器151的输出信号导通至开关单元SW11的第一端或是第二端。当参考电压VR小于预设电压VTH时，开关单元SW11的第一端与第三端将响应于比较器151的输出信号而相互导通，进而致使预设电压VTH传送至开关单元SW11的第三端。另一方面，当参考电压VR大于或是等于预设电压VTH时，开关单元SW11的第二端与第三端将响应于比较器151的输出信号而相互导通，进而致使参考电压VR传送至开关单元SW11的第三端。

时间产生电路160包括充放电电路161与比较器162。充放电电路161可响应于时间控制信号S3产生充放电信号S5。举例来说，充放电电路161包括电流源163、开关SW12与电容C13。电流源163与开关SW12相互串联在电源电压VS与接地端之间。电容C13与开关SW12相互并联，且电容C13耦接比较器162的非反相输入端(也即，第一输入端)。时间控制信号S3可用以控制开关SW12的导通状态。随着开关SW12的导通状态的切换，电容C13会产生相应的充电或是放电，从而使充放电电路161产生充放电信号S5。

另一方面，比较器162的反相输入端(也即，第二输入端)耦接开关单元SW11的第三端。比较器162的非反相输入端(也即，第一输入端)接收充放电信号S5。比较器162的输出端产生时间信号S1。当控制电压VCT为预设电压VTH时，比较器162将响应于具有固定值的预设电压VTH，输出长度固定的时间信号S1。另一方面，当控制电压VCT为参考电压VR，且参考电压VR逐渐上升时，比较器162将响应于参考电压VR，输出长度逐渐递增的时间信号S1。

综上所述，本实用新型的直流对直流转换器中的导通时间产生器可通过控制电压产生电路产生控制电压，且时间产生电路可依据控制电压产生时间信号。在参考电压从第一稳态电压逐渐上升至第二稳态电压的期间内，控制电压产生电路可先利用预设电压来作为控制电压，之后再利用参考电压来作为控制电压。借此，在直流对直流转换器的输出电压产生改变的瞬态期间内，导通时间产生器将可先大幅地提升时间信号的长度。如此将可提升直流对直流转换器的反应速度以及瞬态响应速度，并可避免直流对直流转换器的输出电压出现下冲或是过冲的情况，从而有助于提升直流对直流转换器的稳定性。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种直流对直流转换器的导通时间产生器，其特征在于，包括：

控制电压产生电路，依据参考电压与预设电压产生控制电压，所述参考电压相关于所述直流对直流转换器的电压识别信号；以及

时间产生电路，耦接所述控制电压产生电路，并依据所述控制电压产生时间信号，

其中当所述参考电压小于所述预设电压时，所述控制电压等于所述预设电压，且当所述参考电压大于或是等于所述预设电压时，所述控制电压等于所述参考电压。

2.根据权利要求1所述的导通时间产生器，其特征在于，所述控制电压产生电路包括：

比较器，其第一输入端接收所述参考电压，且所述比较器的第二输入端接收所述预设电压；以及

开关单元，耦接所述比较器及所述时间产生电路，并根据所述比较器的输出信号切换所述控制电压产生电路的输出为所述预设电压或所述参考电压。

3.根据权利要求1所述的导通时间产生器，其特征在于，所述时间产生电路包括：

充放电电路，响应于所述直流对直流转换器中的时间控制信号产生充放电信号；以及

比较器，其第一输入端接收所述充放电信号，所述比较器的第二输入端耦接所述参考电压产生电路，且所述比较器产生所述时间信号。

4.一种直流对直流转换器的导通时间产生器，其特征在于，包括：

控制电压产生电路，用以提供控制电压，所述控制电压产生电路包括开关单元与第一比较器，所述开关单元接收预设电压与参考电压，所述第一比较器接收所述预设电压与所述参考电压，且所述第一比较器耦接所述开关单元；以及

时间产生电路，耦接所述控制电压产生电路，并依据所述控制电压产生时间信号。

5.根据权利要求4所述的导通时间产生器，其特征在于，所述时间产生电路包括：

充放电电路；以及

第二比较器，其第一输入端耦接所述充放电电路，所述第二比较器的第二输入端耦接所述开关单元。

6.一种直流对直流转换器，其特征在于，包括：

驱动电路，依据时间信号产生多个驱动信号；

电源输出级，耦接所述驱动电路，并受控于所述多个驱动信号以致使所述直流对直流转换器将输入电压转换成输出电压；

反馈电路，耦接所述电源输出级，并依据所述输出电压与参考电压产生时间控制信号；以及

导通时间产生器，耦接所述反馈电路与所述驱动电路，并包括：

控制电压产生电路，依据所述参考电压与预设电压产生控制电压，所述参考电压相关于所述直流对直流转换器的电压识别信号；以及

时间产生电路，耦接所述控制电压产生电路，并依据所述控制电压产生所述时间信号；

其中当所述参考电压小于所述预设电压时，所述控制电压等于所述预设电压，且当所述参考电压大于或是等于所述预设电压时，所述控制电压等于所述参考电压。

7.根据权利要求6所述的直流对直流转换器，其特征在于，所述控制电压产生电路包括：

比较器，其第一输入端接收所述参考电压，且所述比较器的第二输入端接收所述预设电压；以及

开关单元，耦接所述比较器的输出端及所述时间产生电路，并根据所述比较器的输出信号切换所述控制电压产生电路的输出为所述预设电压或所述参考电压。

8.根据权利要求6所述的直流对直流转换器，其特征在于，所述时间产生电路包括：

充放电电路，响应于所述时间控制信号产生充放电信号；以及

比较器，其第一输入端接收所述充放电信号，所述比较器的第二输入端耦接所述参考电压产生电路的输出端，且所述比较器的输出端产生所述时间信号。