201206037 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種電子裝置’尤指一種可減结 裡』電源突波之脈波寬 度調變降壓轉換器及相關方法。 【先前技術】 脈波寬度調變降壓轉換器為一直流對直流電壓轉換器，以步進 式將輸入的直流賴下降至—預設電醉位，以 / 作電壓給周邊元件。脈錢度婦降壓轉換器可祕電器、 中’倾電源供應器中的各元件具有穩定的工作電壓，以維=電源 供應器的輸出電壓、電流或電能在穩定的範圍内。 請參考第1圖，第i圖為一習知脈波寬度調變降壓轉換器1〇之 示意圖。脈波寬度調變降壓轉換器1〇包含一輸出級電路單元1〇〇、 一回授單元110及一比較器120。其中，輸出級電路單元ι〇〇操作 於一電源電壓，並包含一電晶體上位開關1 〇2、一電晶體下位開 關104、一電感ι〇6及一分壓電路1〇8’而回授單元11()包含一誤差 放大器112及一補償線路114。比較器120用來比較補償線路114 輸出之一誤差訊號VERR及一斜玻訊號Vramp，以產生一 脈波寬度調變訊號VpWM。脈波寬度調變訊號Vpwm可控制電晶體上 201206037 位開關102及電晶體下位開關104的開/關狀態，進一步來控制電感 106的儲能與釋能。然後’當電感106的輸出電壓vout經由分壓電 路108分壓之後，產生一反饋電麼VFB，其被回授至誤差放大器 的輸入端。當誤差放大器112比對反饋電壓VpB與參考電壓Vr£f之 後’所產生之訊號會再透過補償線路114進行訊號補償而再次得到 誤差訊號Verr。脈波寬度調變降壓轉換器10可透過以上所述的回 授模式，維持輸出電壓Vcut的穩定性。 清參考第2圖’第2圖為脈波寬度調變降壓轉換器中的各元 件電壓及電流之波形示意圖。在電源電壓Vin高於一關機臨界電壓 VP〇R時’電晶體上位開關102、電晶體下位開關1〇4、斜坡訊號 Vramp、誤差電壓VERR與電感106電流按照第丨圖所述的工作原 理，形成穩定循環狀態，換句話說，脈波寬度調變降壓轉換器⑺ 工作於正常模式。細，t電源職Vin下鞋_臨界電壓ν· 脈波寬度調變降壓轉換器10所屬的電子裝置進入關機模式，電 晶體上位開關1〇2與電晶體下位開關1(Η會同時關閉，造成電感刚 的輸出電感電流IL隨之下降為零。這樣的現象會導致電源電壓％ 瞬間劇卿_在電源賴VIN上形成突波2G2。對於整個電源^ 而。，犬波202易造成整個系統的誤動作。因此，如何於電子穿 置關機時克服突波202的問題是很重要的課題。 【發明内容】 201206037 因此，本發明之目的在於揭露一.種可減緩電源突波之脈波寬度 調變降壓轉換器，用以避免當脈波寬度調變降壓轉換器所屬的一電 子裝置進入關機模式時，電源電壓產生突波的現象，進而避免電子 裝置中其他元件遭受突波的損害。 本發明提供一種一種可減緩電源突波的脈波寬度調變（pulse width modulation ’ PWM)降壓轉化器，包含一補償電路、一波形調 整器、一比較器、一輸出及電路單元及一回授單元。該補償電路用 來根據一誤差訊號及該脈波寬度調變降壓轉化器之一電源電壓，產 生一第一訊號。該波形調整器用來根據該電源電壓，改變一週期訊 號的下降波形部分的週期，以產生一第二訊號。該比較器用來比較 該第一訊號與該第二訊號，以產生一脈波寬度調變訊號。該輸出級 電路單元用來根據該脈波寬度調變訊號，產生一回授訊號。該回授 單元用來根據該回授訊號，產生該誤差訊號。 本發明另提供一種可減緩電源突波的方法，用於一脈波寬度調 變（pulse width modulation，PWM)降壓轉化器中，該方法包含根 據一誤差訊號及該脈波寬度調變降壓轉化器之一電源電壓，產生一 第一訊號；根據該電源電壓，改變一週期訊號的下降波形部分的週 期，以產生一第二訊號；比較該第一訊號與該第二訊號，以產生一 脈波寬度調變訊號；根據該脈波寬度調變訊號，產生一回授訊號； 以及比較一參考電壓與該回授訊號，以產生該誤差訊號。 201206037 實施方式】 請參考第3圖，第3圖為本發明實施例一可減緩電源突波之脈波 寬度調變降壓轉換器30之示意圖。脈波寬度調變控制器3〇包含一 輸出級電路單元300、一回授單元310、一比較器320、一補償電路 330及一波形調整器340。其中輸出級電路單元3〇〇及回授單元31〇 與第1圖中輸出級電路單元100及回授單元110的工作原理相雷 同，於此不贅述。補償電路330用來根據回授單元31〇所產生之一 誤差訊號VERR及一電源電壓，產生一第一信號ν_。脈波寬 度調變降壓轉換器30可根據一關機臨界電壓¥{>〇{1，判定是否需要 進入關機。在此情況下，當魏賴V_大關機臨界電壓ν· 時，補償電路330會產生相同於誤差訊號％的第一訊號。 相對應地，當賴、龍VlN1下降關機臨界龍％時，補償電 路33〇所產生之第-訊號VERRW電壓會鎖定在誤差訊卿於電 源電壓VW1_於關機臨界電壓％當時的電壓準位，而於電源 電壓I小於酿臨界賴VpQRf，保持在相_電壓準位，不 會隨著誤差城VERR的變化而改變。波形調整器用來根據該電 源電壓m斜魏_峨Ux下鑛細 的下降波形部分的週期，以產生一第- Mp" 上&r 一 乐一汛蛻Vramh。更具體來說， ^電源電壓VlN1祕_臨界賴％。满，波侧整心0維持 ΓΓ魏v_ f μ下降至關 抓界電壓^時，波形調整請改變斜軌號丫_的下降波 201206037 形部分的週期’以產生第二訊號Vrampi。脈波寬度調變比較器320 用來根據第一信號VERR1及第二訊號VraMP1，產生一脈波寬度調整 訊號vPWM1 ’進而控制輸出級電路單元300中電晶體上位開關3〇2 及電晶體下位開關304的開/關狀態，進而控制電感306的儲能與釋 請參考第4圖。第4圖為本發明實施例脈波寬度調變降壓轉換器 30的各元件電壓及電流之波形示意圖。纟電源電壓v⑽高於關機臨 界電壓vP0R時，電晶體上位開關3〇2、電晶體下位開關3〇4、斜坡 訊號VraMP1、誤差電壓Verri與電感3〇6電流成穩定循環狀態，脈 波寬度調變降壓轉換器3〇正常地工作。然而，當電源電壓v⑽下 降至關機臨界㈣VpQR時’脈波寬度調贿壓轉換㈣進入準備 關機的狀態’補償電路33〇保持第一訊號乂_於一電壓值，而波 开鋼整器34G產生下降波形部分逐漸被拉㈣第二域Vrampi。接 ^透過比較上述的第一訊號乂围與第二訊號ν_ι，比較器似 β L漸拉長電曰曰體上位開關3〇2導通時間與電晶體下位開關 304關閉時間的脈波寬度調整訊號V_，此時，電感3〇6所產生 =輸出電感電流Iu也對應地逐步下降，進喊緩電源電壓 大波現象。 叫參考第5圖’第5圖為本發明實施例—補償電路咖之示音 圖。補償電路33〇包含一第一 心 _ . ¥ _早凡50〇、一第二開關單元5〇2、 第二開關單it·、一反相$ % 电各UC〇MP。其中，第一開 201206037 關單元500、第二開關單元5〇2以及第三開關單元5〇4的原理及結 構是相同的。當電源電壓Vjn在高於關機臨界電壓Vp〇R時，第一開 關單元500及第二開關單元5〇2的輸入端PASS電壓被設定為高準 位’而第三開關單元504的輸入端pASS電壓因為一反相器5〇6的 關係位於低準位。在此情況下，第一開關單元5〇〇及第二開關單元 502為導通狀態’兩者輸出端〇υτ電壓會等同於兩者輸入端取的 電壓COMP (即誤差訊號vERR的電壓），而第三開關單元5〇4則斷 開其輸出端out與輸入端以。因此，第一開關單元500輸出端〇υτ 電壓會儲忐電谷CC0MP至第一開關單元500輸入端JN的電壓，也就 是誤差訊號VERR的電壓，且第二開關單元502輸出端out的電壓 COMPO (即第一訊號Verri的電壓）會等於誤差訊號Verr的電壓。 更進一步地說，當電源電壓ViN下降至關機臨界電壓Vp〇R時， 脈波寬度調變降壓轉換器30進入準備關機的狀態，第一開關單元 500及第二開關單元502的輸入端PASS電壓被設定為低準位，而第 二開關早元504的輸入端PASS變為高準位。因此，第一開關單元 500及第二開關單元502的輸出端OUT與輸入端in皆為斷開狀態， 而第三開關單元504為導通狀態。由於先前電容Cc〇Mp已被充電至 誤差訊號vERR的電壓，因此當電gCc〇Mp釋能至第三開關單元5〇4 的IN輸入端，第三開關單元504的輸出端〇1；丁的電壓c〇Mp〇轉 變為誤差訊號vERR的電壓。透過使用大電容值的電容Cc〇Mp，電壓 COMPO可在一段時間内保持在誤差訊號Verr的電壓。由上可知， 當電源電壓ViNi向於關機臨界點電壓vP0R時，補償線路330輪出 201206037 COMPO電壓（即第一讯號％咖的電壓）隨著誤差訊號^脱的 電壓變動，當電源電壓下降至關機臨界點電壓乂?饥時以及之 後，輸出端COMPO電壓可以保持於一穩定電壓。 請參考第6圖，第6圖為本發明實施例一第二開關單元5〇2之示 思圖。第二開關單元502包含一 p型電晶體600、一 N型電晶體6〇2 及一反相器004。當輸入端PASS電壓為高準位時，p型電晶體6〇〇 鲁與N型電晶體6〇2導通，因此，第二開關單元5〇2的輸出端〇υτ 與輸入細IN為導通狀態；相對應地，當輸入端pass電壓為低準位 時，P型電晶體600與N型電晶體602皆斷開，因此，第二開關單 元502的輸出端0UT與輸入端m成斷開狀態。請注意，上述實施 例僅為本發明之一開關單元之一舉例說明，該開關單元包含第一開 關單元500、第二開關單元5〇2及第三開關單元5〇4。本領域具通常 知識者當可根據實際需求作適當地修改，而不限於此。例如，開關 方式可以使用其他種類的電路元件實現，其相關操作與上述實施例 # 類似，於此不贅述。 睛參考第7圖，第7圖為本發明實施例一波形調整器34〇之示意 圖。波形調整器340包含一比較單元7〇〇、一電流調整器71〇及開 關S1、S2。比較單元7〇〇具有一輸入端mi，其透過開關^及心的 切換，接收一上臨界電壓vH或一下臨界電壓，以及另一輸入端 恥’用來接收電流調整器71〇所產生的一斜波減ν_ρι。請注意 的是，輸入端IN2的輸入訊號並不侷限於斜坡訊號，亦可為鑛齒波 11 201206037 訊號等等。比較單元700用來比較第二訊號V_P1與上臨界電壓 Vh ’或是第二訊號Vrampi與下臨界電壓Vl，以產生一時脈訊號 OSC一OUT。此夕卜，時脈tfl號OSC_OUT被回授至電流調整器71〇， 以控制第二訊號Vrampi的波形產生操作。電流調整器710包含一固 疋電流源CSi、一可變電流源CS2、一儲能開關；§3、一反相器712、 一釋能開關S4及一電容CraMP1。固定電流源CS!、可變電流源cs2 分別用來提供電容CraMPI —儲能電流IcHARl及一釋能電流IDIS1。儲 能開關S3受控於時脈訊號OSC—OUT，而釋能開關S4受控於透過反 相器712將時脈訊號OSC一OUT反相的反相時脈訊號 · osc—ουτ腑。電容CraMP1透過儲能開關s3以儲能電流Ic_來進 行儲能，及透過釋能開關S4以釋能電流ID1S1來進行釋能，以產生第 二訊號。在電流調整器710中，當電源電壓Vin下降至關機 臨界電壓VP0R時’可變電流源CSz用來根據電源電壓4減小釋能 電流IDIS1。由於第二訊號V_P1的下降波形部分的週期與釋能電流 IDIS1成反比關係，因此，當釋能電流Idisi愈小時，第二訊號V 的下降波形部分週期會隨之延長。 > P1 ^ 請參考第8圖’第8圖為本發明另一實施例波形調整器之示 意圖。波形調整器340包含一轉阻放大器8〇〇、一 电谷 、一 儲能電流ICHAR2及一釋能電流iDIS2。其中，電交p _ ^ ” LraMP2、儲能電流 ICHAR2及釋能電：k Id丨S2作用分別可參考第7圖的 ， 电谷Lrampi、儲能 電:^ ICHAR1及釋能電流IDIS1。在轉阻放大器8〇〇中，一 為一固定電流，且為一分電流l及-分祕的力♦二Γ 12 201206037 分電流I2分別流經電晶體Ql與(¾，而電晶體Q與Q2的開關受到 一工作電壓VlN2與一比較電壓VA的控制。工作電壓VW2與電源電 壓VrN〗為一特定比例關係。當工作電壓νΐΝ2大於或等於比較電壓 vA時’分電流1及分電流I2的值會固定不變，加上釋能電流1〇182 為分電流I2的鏡像電流，因此，分電流〗2等同於釋能電流1〇182。然 而’當工作電壓ViN2下降至比較電壓VA時，根據工作電壓V!N2與 比較電壓VA之比值關係，部分的分電流〗2會流向分電流h。如此 φ —來，分電流I2會減小，使得釋能電流10182隨之減小，而達到調整 释能電流iDISZ的效果。因此，釋能電流—可藉此控制電容c_2 來輸出下降波形部分週期延長的第二訊號ν_ρι。在此實施例中， 本領域具通常知識者可調整工作電壓VlN2及比較電壓Va大小，使 工作電壓下降至比較電壓Va的時刻即為電源電壓下降至 關機臨界點電壓VPOR的時刻。 綜上所述，本發明實施例中之補償電路33〇及波形調整器34〇用 籲以避免當脈波寬度調變降壓轉換器進入關機模式時，電源電壓產生 突波的現象，進而避免電子裝置中其他元件遭受突波的損宝。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍 所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。 【圖式簡單說明】 13 201206037 第1圖為一習知脈波寬度調變降壓轉換器之示立圖 第2圖為一各元件電壓及電流關係之示意圖。 第3圖為本發明實施例一具有減緩電 換器之示意圖。 H紅脈波寬度調變降壓轉 第4圖為本發明實前卜各元件賴及電_係之示意圖 第5圖為本發明實施例一補償電路之示惫圖。 第6圖為本發明實施例一第二開關單元之示专圖。 第7圖為本發明實施例一波形調整器之示意圖。 第8圖為本發明另一實施例波形調整器之示音圖。 【主要元件符號說明】 10、30 脈波寬度調變降壓轉換 100、300 輸出級電路單元 102 、 302 電晶體上位開關 104 、 304 電晶體下位開關 106 、 306 電感 108 分壓電路 110 、 310 回授單元 112 、 312 誤差放大器 114、314 補償線路 120 、 320 比較器 201206037
330 補償電路 340 波形調整器 500 第一開關單元 502 第二開關單元 504 第三開關單元 506 反相器 600 P型電晶體 602 N型電晶體 604 反相器 700 比較單元 710 電流調整器 800 轉阻放大器 Cramp l、Cramp2 電容 CS! 固定電流源 cs2 可變電流源 Ii 'I2 分電流 IcHARl ' ICHAR2 儲能電流 Idisi、Idis2 釋能電流 Itotal 總電流 Qi、Q2 電晶體 IN、PASS 輸入端 INi、IN2 輸入端 OUT 輸出端 15 201206037
s!、s2、s3、s4 開關 Va 比較電壓 V〇d 電壓源 Verr 誤差訊號 Verri 第一訊號 Vh 上臨界電壓 Vin、Vn^ 電源電壓 ViN2 工作電壓 Vl 下臨界電壓 Vp〇R 關機臨界電壓 VraMP 斜坡訊號 VraMPI 第二訊號 VpWM ' VpwMl 脈波寬度調整訊號 V〇ut ' V〇utl 輸出電壓 I〇ut、I〇utl 輸出負載電流
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