TW201505340A - 電壓轉換電路與使用其的電子系統 - Google Patents

電壓轉換電路與使用其的電子系統 Download PDF

Info

Publication number
TW201505340A
TW201505340A TW102127077A TW102127077A TW201505340A TW 201505340 A TW201505340 A TW 201505340A TW 102127077 A TW102127077 A TW 102127077A TW 102127077 A TW102127077 A TW 102127077A TW 201505340 A TW201505340 A TW 201505340A
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
type transistor
signal
switching
inductor
Prior art date
Application number
TW102127077A
Other languages
English (en)
Other versions
TWI496400B (zh
Inventor
Chih-Ning Chen
Original Assignee
Anpec Electronics Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Anpec Electronics Corp filed Critical Anpec Electronics Corp
Priority to TW102127077A priority Critical patent/TWI496400B/zh
Priority to US14/078,720 priority patent/US8963526B2/en
Publication of TW201505340A publication Critical patent/TW201505340A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI496400B publication Critical patent/TWI496400B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators
    • H02M3/158—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0045—Converters combining the concepts of switch-mode regulation and linear regulation, e.g. linear pre-regulator to switching converter, linear and switching converter in parallel, same converter or same transistor operating either in linear or switching mode
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H02M1/34—Snubber circuits
    • H02M1/344—Active dissipative snubbers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)

Abstract

本發明實施例提供一種電壓轉換電路，電壓轉換電路包括電感、第一開關電晶體、第二開關電晶體、第一電阻、第二電阻與P型電晶體。當輸入電壓大於輸出電壓且開關信號轉態至低電壓準位，則控制信號為箝制電壓且P型電晶體進入飽和區，以使得第一開關電晶體之汲極電壓為箝制電壓與P型電晶體之源閘極電壓之總和。當輸入電壓小於輸出電壓且開關信號轉態至低電壓準位，則控制信號為開關信號且P型電晶體進入線性區，以使得第一開關電晶體之汲極電壓為輸出電壓與P型電晶體之電壓降之總和。

Description

電壓轉換電路與使用其的電子系統
本發明乃是關於一種電壓轉換電路，特別是指一種能夠進行升壓與降壓之電壓轉換電路。
隨著電子科技的進步，人們對於電子相關的產品的要求也日益增高。為了提供人們物美價廉的商品，如何有效的節省電子產品的體積成了現今電子產品設計者的重要課題。由於一般電子裝置中，都需要多組的電源來提供做為工作電壓，為了避免使用多個體積龐大的變壓器來提供這些不同電壓的電源，電源轉換裝置(Power Converter)成為最受設計者歡迎的一種電源供應裝置。
電子裝置通常包含有不同的元件，每一元件所需的操作電壓可能都不同。因此，在電子裝置中，需要透過直流對直流電壓轉換電路，達到電壓準位的調節(升壓或降壓)，並使之穩定在所設定的電壓數值。依不同的電源需求，可延伸出許多不同型態的直流對直流電壓轉換器，但其皆源自於降壓式轉換器(Buck/Step Down Converter)及升壓式轉換器(Boost/Step Up Converter)。顧名思義，降壓式轉換器可將輸入端的直流電壓下降至一預設電壓準位，而升壓式轉換器則可提升輸入端的直流電壓。不論降壓式轉換器或升壓式轉換器，隨著電路技術的演進，兩者皆已演變出許多變化，以適用於不同的架構，或符合不同的需求。
本發明實施例提供一種電壓轉換電路，電壓轉換電路包括電感、第一開關電晶體、第二開關電晶體、第一電阻、第二電阻與P型電晶體。電感之一端電性連接輸入電壓。第一開關電晶體之汲極連接電感之另一端，第一開關電晶體之閘極連接開關信號並根據開關信號決定本身之導通或截止狀態，第一開關電晶體之源極連接接地電壓。第二開關電晶體之汲極連接電感之另一端，第二開關電晶體之閘極連接開關信號並且其導通或截止狀態與第一開關電晶體相反。第一電阻之一端連接第二開關電晶體之源極，第一電阻之另一端接收箝制電壓。第二電阻之一端連接第一電阻之另一端，第二電阻之另一端連接輸出電容之一端並且輸出一輸出電壓，其中輸出電容之另一端連接接地電壓。P型電晶體之源極連接電感之另一端，P型電晶體之閘極接收控制信號並據此決定進入飽和區或線性區，P型電晶體之汲極連接輸出電容之一端。當輸入電壓大於輸出電壓且開關信號轉態至低電壓準位，則控制信號為箝制電壓且P型電晶體進入飽和區，以使得第一開關電晶體之汲極電壓為箝制電壓與P型電晶體之源閘極電壓之總和。當輸入電壓小於輸出電壓且開關信號轉態至低電壓準位，則控制信號為開關信號且P型電晶體進入線性區，以使得第一開關電晶體之汲極電壓為輸出電壓與P型電晶體之電壓降之總和。
在本發明其中一個實施例中，電壓轉換電路更包括電壓比較器與多工器。電壓比較器之第一輸入端接收輸出電壓，電壓比較器之第二輸入端接收輸入電壓，所述電壓比較器用以將輸出電壓與輸入電壓進行比較並在其輸出端傳送含有比較結果之數位信號。多工器電性連接電壓比較器、P型電晶體之閘極、第一開關電晶體之閘極與箝制電壓，所述多工器根據所接收到之數位信號選擇性傳送開關信號與該箝制電壓其中之一至P型電晶體之閘極以 作為控制信號。
在本發明其中一個實施例中，當輸入電壓大於輸出電壓，則電壓比較器傳送低電壓準位之數位信號至多工器，進而使得多工器根據數位信號選擇箝制電壓且傳送至P型電晶體之閘極，以使得P型電晶體進入飽和區。
在本發明其中一個實施例中，當輸入電壓小於輸出電壓，則電壓比較器傳送低電壓準位之數位信號至多工器，進而使得多工器根據數位信號選擇開關信號且傳送至P型電晶體之閘極，以使得P型電晶體進入線性區。
在本發明其中一個實施例中，當該開關信號為高電壓準位時，則電感電流流經電感與第一開關電晶體並且於電感儲存電感能量，當開關信號為低電壓準位時，則儲存於電感之電感能量透過P型電晶體傳送至輸出電容。
本發明實施例另提供一種電子系統，電子系統包括電壓轉換電路與負載。電壓轉換電路用以接收輸入電壓並將輸入電壓轉換為輸出電壓，其中輸入電壓小於輸出電壓或者輸入電壓大於輸出電壓。負載連接至電壓轉換電路以接收輸出電壓。電壓轉換電路包括電感、第一開關電晶體、第二開關電晶體、第一電阻、第二電阻與P型電晶體。電感之一端電性連接輸入電壓。第一開關電晶體之汲極連接電感之另一端，第一開關電晶體之閘極連接開關信號並根據開關信號決定本身之導通或截止狀態，第一開關電晶體之源極連接接地電壓。第二開關電晶體之汲極連接電感之另一端，第二開關電晶體之閘極連接開關信號並且其導通或截止狀態與第一開關電晶體相反。第一電阻之一端連接第二開關電晶體之源極，第一電阻之另一端接收箝制電壓。第二電阻之一端連接第一電阻之另一端，第二電阻之另一端連接輸出電容之一端並且輸出一輸出電壓，其中輸出電容之另一端連接接地電壓。P型電晶體之源極連接電感之另一端，P型電晶體之閘極接收控制信號並據此 決定進入飽和區或線性區，P型電晶體之汲極連接輸出電容之一端。當輸入電壓大於輸出電壓且開關信號轉態至低電壓準位，則控制信號為箝制電壓且P型電晶體進入飽和區，以使得第一開關電晶體之汲極電壓為箝制電壓與P型電晶體之源閘極電壓之總和。當輸入電壓小於輸出電壓且開關信號轉態至低電壓準位，則控制信號為開關信號且P型電晶體進入線性區，以使得第一開關電晶體之汲極電壓為輸出電壓與P型電晶體之電壓降之總和。
綜上所述，本發明實施例所提出之電壓轉換電路與使用其的電子系統，能夠有效地減少電晶體的導通電阻與佈局所佔用的面積，進而降低轉換電壓時的能量損耗，以提升電壓轉換效率。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
100‧‧‧電壓轉換電路
500‧‧‧電子系統
510‧‧‧電壓轉換電路
520‧‧‧負載
A‧‧‧電流路徑
B‧‧‧電流路徑
CP‧‧‧箝制電路
CMP‧‧‧電壓比較器
GND‧‧‧接地電壓
IL‧‧‧電感電流
L‧‧‧電感
LG‧‧‧開關信號
MT‧‧‧多工器
MPS‧‧‧數位信號
Q1‧‧‧第一開關電晶體
Q2‧‧‧第二開關電晶體
Q3‧‧‧P型電晶體
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
SC‧‧‧輸出電容
t0、t1、t2‧‧‧時間
T1‧‧‧第一輸入端
T2‧‧‧第二輸入端
T3‧‧‧輸出端
UG‧‧‧控制信號
VCLP‧‧‧箝制電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VLX‧‧‧第二開關電晶體之汲極電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之區塊示意圖。
圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之儲存電感能量之區塊示意圖。
圖3為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之釋放電感能量之區塊示意圖。
圖4為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之波形圖。
圖5為根據本發明實施例之電子系統之電路方塊圖。
在下文將參看隨附圖式更充分地描述各種例示性實施例，在隨附圖式中展示一些例示性實施例。然而，本發明概念可能以許 多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。確切而言，提供此等例示性實施例使得本發明將為詳盡且完整，且將向熟習此項技術者充分傳達本發明概念的範疇。在諸圖式中，可為了清楚而誇示層及區之大小及相對大小。類似數字始終指示類似元件。
應理解，雖然本文中可能使用術語第一、第二、第三等來描述各種元件，但此等元件不應受此等術語限制。此等術語乃用以區分一元件與另一元件。因此，下文論述之第一元件可稱為第二元件而不偏離本發明概念之教示。如本文中所使用，術語「及/或」包括相關聯之列出項目中之任一者及一或多者之所有組合。
〔電壓轉換電路的實施例〕
請參照圖1，圖1為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之區塊示意圖。如圖1所示，電壓轉換電路100包括電感L、第一開關電晶體Q1、第二開關電晶體Q2、第一電阻R1、第二電阻R2與P型電晶體Q3。電感L之一端電性連接輸入電壓VIN。第一開關電晶體Q1之汲極連接電感L之另一端，第一開關電晶體Q1之閘極連接開關信號LG並根據開關信號LG決定本身(亦即第一開關電晶體Q1)之導通或截止狀態，第一開關電晶體Q1之源極連接接地電壓GND。第二開關電晶體Q2之汲極連接電感L之另一端，第二開關電晶體Q2之閘極連接開關信號LG並且本身(第二開關電晶體Q2)之導通或截止狀態與第一開關電晶體Q1相反。進一步來說，在本實施例中，第一開關電晶體Q1為N型金屬氧化物半導體場效電晶體，並且第二開關電晶體Q2為P型金屬氧化物半導體場效電晶體。第一電阻R1之一端連接第二開關電晶體Q2之源極，第一電阻R1之另一端接收箝制電壓VCLP。第二電阻R2之一端連接第一電阻R1之另一端，第二電阻R2之另一端連接輸出電容SC之一端並且輸出一輸出電壓VOUT，其中輸出電容SC之另一端連接接地電壓GND。P型電晶體Q3之源極連接電感L之另一端，P型電晶體Q3之 閘極接收控制信號UG並據此決定進入飽和區(saturation region)或線性區(linear region)，P型電晶體Q3之汲極連接輸出電容SC之一端。須說明的是，在本發明的其中一範例實施例中，電壓轉換電路100更包括電壓比較器CMP與多工器MT。電壓比較器CMP之第一輸入端T1接收輸出電壓VOUT，電壓比較器CMP之第二輸入端T2接收輸入電壓VIN，其中第一輸入端T1為正輸入端，第二輸入端T2為負輸入端。多工器MT電性連接電壓比較器CMP、P型電晶體Q3之閘極、第一開關電晶體Q1之閘極與箝制電壓VCLP。
關於電壓比較器CMP，電壓比較器CMP用於將所接收之輸出電壓VOUT與輸入電壓VIN進行比較，並且在電壓比較器CMP之輸出端T3傳送含有比較結果之數位信號MPS。
關於多工器MT，多工器MT根據所接收到之數位信號MPS選擇性地將開關信號MPS與箝制電壓VCLP其中之一傳送至P型電晶體Q3之閘極以作為控制信號UG。因此，當輸出電壓VOUT大於輸入電壓VIN時，P型電晶體Q3所接收到之控制信號UG為開關信號LG，此時，電壓轉換電路100會是一升壓電路(Boost circuit)。當輸出電壓VOUT小於輸入電壓VIN時，P型電晶體Q3所接收到之控制信號UG為箝制電壓VCLP，此時，電壓轉換電路100會是一降壓電路(Buck circuit)。
接下來要教示的，是進一步說明電壓轉換電路100的工作原理。以下將以輸入電壓VIN大於輸出電壓VOUT之降壓電路態樣與輸入電壓VIN小於輸出電壓VOUT之升壓電路態樣來分別進行詳細說明。
請同時參照圖1~圖4，當電壓轉換電路100欲進行降壓時，亦即輸入電壓VIN大於輸出電壓VOUT時，電壓比較器CMP會從輸出端T3傳送低電壓準位之數位信號MPS至多工器MT。接著，多工器MT會根據所接收到之數位信號(如數位邏輯「0」)選擇箝制電壓VCLP且將箝制電壓VCLP傳送至P型電晶體Q3之閘極，以進一步使 得P型電晶體Q3進入飽和區。詳細來說，在時間t0至時間t1之間，第一開關電晶體Q1與第二開關電晶體Q2接收到高電壓準位之開關信號LG，此時，第二開關電晶體Q2會根據開關信號LG而截止，而第一開關電晶體Q1會根據開關信號LG而導通，以使得會產生一電感電流IL流經電感L與第一開關電晶體Q1，並且此電感電流IL之電流值會線性方式上升並將能量儲存在電感L內，如圖2所示，其中圖2為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之儲存電感能量之區塊示意圖。
當在時間t1，電壓轉換電路100則要開始釋放電感能量，因此開關信號LG會開始從高電壓準位轉態至低電壓準位。第一開關電晶體Q1會根據低電壓準位之開關信號LG而進入截止狀態，並且第二開關電晶體Q2會根據低電壓準位之開關信號LG而進入導通狀態，如圖3所示，圖3為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之釋放電感能量之電路示意圖。由於流經電感L之電感電流IL為連續狀態，所以當第一開關電晶體Q1截止且第二開關電晶體Q2導通時之暫態期間，電感電流IL會改變其電流路徑並且從圖3之電流路徑A流至輸出電容SC。換句話說，電感電流IL會從第二開關電晶體Q2、第一電阻R1與第二電阻R2流至輸出電容SC。由於電感L釋放能量至輸出電容SC，所以電感電流IL之電流值會線性地下降。另一方面，於電壓轉換電路100之暫態期間，由於第一電阻R1與第二電阻R2有電感電流IL流經過，所以第二電阻R2之一端之電壓會上升。值得一提的是，在本實施例中，因為第二電阻R2之一端連接至箝制電壓VCLP(箝制電壓VCLP大於輸出電壓VOUT)，所以第二電阻R2之一端之電壓會被箝制在與箝制電壓VCLP相同之電壓準位，其中箝制電壓VCLP為透過一箝制電路CP產生。因此，第一電阻R1之一端之電壓(亦即第二開關電晶體Q2之源極電壓)會等於箝制電壓VCLP與第一電阻R1之電壓降之總和。承上述，第二開關電晶體Q2之汲極電壓VLX會等於箝制電壓VCLP與第一電阻 R1之電壓降之總和。
接下來，由於P型電晶體Q3之閘極所接收之控制信號UG為箝制電壓VCLP，並且P型電晶體Q3之源極電壓等於第二開關電晶體Q2之汲極電壓VLX，所以在設計者適當地設計第一電阻R1之電壓降為至少大於0.7伏特之情況下時，亦即使得P型電晶體之源閘極電壓(source-gate voltage)至少大於0.7伏特，以使得P型電晶體Q3進入飽和區。其中在一實施例中，第一開關電晶體Q1之汲極電壓為箝制電壓VCLP與P型電晶體Q3之源閘極電壓之總和。當P型電晶體Q3進入飽和區，電壓轉換電路100內之電感電流IL會從電流路徑B流至輸出電容SC。在本實施例中，輸入電壓VIN約為3.6伏特，而輸出電壓VOUT約為2.5伏特，從由圖4可知輸出電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT之相關波形，故本實施例之電壓轉換電路100能夠順利地完成降壓工作，其中為根據本發明例示性實施例所繪示之電壓轉換電路之波形圖。附帶一提的是，在時間t2，第二開關電晶體Q2之汲極電壓VLX與電感電流IL開始進入到穩態期間，亦即第二開關電晶體Q2之汲極電壓VLX會穩定在約3.6伏特，而電感電流IL會下降至零電流，故其代表著電感能量已經完全地透過P型電晶體Q3轉換為輸出電容SC上之電容能量。
〔電壓轉換電路的另一實施例〕
請繼續參照圖1，當電壓轉換電路100欲進行升壓時，亦即輸入電壓VIN小於輸出電壓VOUT時，電壓比較器CMP會從輸出端T3傳送高電壓準位之數位信號MPS至多工器MT。接著，多工器MT會根據所接收到之數位信號MPS(如數位邏輯「1」)選擇開關信號LG以進一步使得P型電晶體Q3與第二開關電晶體根據開關信號LG同步地導通或開啟。詳細來說，當第一開關電晶體Q1、第二開關電晶體Q2與P型電晶體Q3接收到高電壓準位之開關信號LG，此時，第二開關電晶體Q2與P型電晶體Q3會根據開關信號LG而截止，而第一開關電晶體Q1會根據開關信號LG而導通，以使得會產 生一電感電流IL流經電感L與第一開關電晶體Q1，並且所述電感電流IL之電流值會線性方式上升並將能量儲存在電感L內。
接下來，當電壓轉換電路100要開始釋放電感能量時，開關信號LG會開始從高電壓準位轉態至低電壓準位。第一開關電晶體Q1會根據低電壓準位之開關信號LG而進入截止狀態，並且第二開關電晶體Q2與P型電晶體Q3會根據低電壓準位之開關信號LG而進入導通狀態。由於流經電感L之電感電流IL為連續狀態，所以當第一開關電晶體Q1截止且第二開關電晶體Q2導通時之暫態期間，電感電流IL會從第二開關電晶體Q2、第一電阻R1與第二電阻R2流至輸出電容SC。由於電感L在釋放能量至輸出電容SC，所以電感電流IL之電流值會線性地下降。同樣地，於電壓轉換電路100之暫態期間，由於第一電阻R1與第二電阻R2有電感電流IL流經過，所以第二電阻R2之一端之電壓會上升，但會被箝制在與箝制電壓VCLP相同之電壓準位。因此，第一電阻R1之一端之電壓(亦即第二開關電晶體Q2之源極電壓)會等於箝制電壓VCLP與第一電阻R1之電壓降之總和。
接下來，由於P型電晶體Q3之閘極所接收之控制信號UG為開關信號LG，並且P型電晶體Q3之源極電壓(亦即第一開關電晶體Q1之汲極電壓)等於輸出電壓VOUT與P型電晶體Q3之電壓降之總和，其中P型電晶體Q3可以視為一導通電阻，並且藉此以使得P型電晶體Q3進入線性區。當P型電晶體Q3進入線性區，電壓轉換電路100內之電感電流IL會流經P型電晶體Q3而進入到輸出電容SC。在本實施例中，輸入電壓VIN約為2.5伏特，而輸出電壓VOUT約為3.6伏特，藉此本實施例之電壓轉換電路100能夠順利地完成升壓工作。同理，當電感L內之能量完全轉換至輸出電容SC，則電壓轉換電路100會進入到穩態。
〔電子系統的一實施例〕
請參照圖5，圖5為根據本發明實施例之電子系統之電路方塊圖。電子系統500包括負載520與電性耦接負載520的電壓轉換電路510，其中電壓轉換電路510接收輸入電壓VIN並將輸入電壓VIN轉換為一輸出電壓VOUT，其中輸入電壓VIN小於輸出電壓VOUT或者輸入電壓VIN大於輸出電壓VOUT。輸入電壓VIN可以是電源配適器接收家用交流電源所產生的直流電壓或系統電壓。電壓轉換電路510可以是上述圖1實施例中之電壓轉換電路100。
〔實施例的可能功效〕
綜上所述，本發明實施例所提供的電壓轉換電路與使用其的電子系統，能夠有效地減少電晶體的導通電阻與佈局所佔用的面積以降低製程成本及電路複雜度，並且降低轉換電壓時的能量損耗以提升電壓轉換效率。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
100‧‧‧電壓轉換電路
CP‧‧‧箝制電路
CMP‧‧‧電壓比較器
GND‧‧‧接地電壓
IL‧‧‧電感電流
L‧‧‧電感
LG‧‧‧開關信號
MT‧‧‧多工器
MPS‧‧‧數位信號
Q1‧‧‧第一開關電晶體
Q2‧‧‧第二開關電晶體
Q3‧‧‧P型電晶體
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
SC‧‧‧輸出電容
T1‧‧‧第一輸入端
T2‧‧‧第二輸入端
T3‧‧‧輸出端
UG‧‧‧控制信號
VCLP‧‧‧箝制電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VLX‧‧‧第二開關電晶體Q2之源極電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓

Claims (10)

  1. 一種電壓轉換電路，包括：一電感，其一端電性連接一輸入電壓；一第一開關電晶體，其汲極連接該電感之另一端，其閘極連接一開關信號並根據該開關信號決定本身之導通或截止狀態，其源極連接一接地電壓；一第二開關電晶體，其汲極連接該電感之另一端，其閘極連接該開關信號並且其導通或截止狀態與該第一開關電晶體相反；一第一電阻，其一端連接該第二開關電晶體之源極，其另一端接收一箝制電壓；一第二電阻，其一端連接該第一電阻之另一端，其另一端連接一輸出電容之一端並且輸出一輸出電壓，其中該輸出電容之另一端連接該接地電壓；以及一P型電晶體，其源極連接該電感之另一端，其閘極接收一控制信號並據此決定進入飽和區或線性區，其汲極連接該輸出電容之一端，其中當該輸入電壓大於該輸出電壓且該開關信號轉態至低電壓準位，則該控制信號為該箝制電壓且該P型電晶體進入飽和區，以使得該第一開關電晶體之汲極電壓為該箝制電壓與該P型電晶體之源閘極電壓之總和，其中當該輸入電壓小於該輸出電壓且該開關信號轉態至低電壓準位，則該控制信號為該開關信號且該P型電晶體進入線性區，以使得該第一開關電晶體之汲極電壓為該輸出電壓與該P型電晶體之電壓降之總和。
  2. 如請求項1所述之電壓轉換電路，更包括：一電壓比較器，其第一輸入端接收該輸出電壓，其第二輸入端接收該輸入電壓，該電壓比較器用以將該輸出電壓與該輸 入電壓進行比較並在其輸出端傳送含有比較結果之一數位信號；以及一多工器，電性連接該電壓比較器、該P型電晶體之閘極、該第一開關電晶體之閘極與該箝制電壓，該多工器根據所接收到之該數位信號選擇性傳送該開關信號與該箝制電壓其中之一至該P型電晶體之閘極以作為該控制信號。
  3. 如請求項2所述之電壓轉換電路，其中當該輸入電壓大於該輸出電壓，則該電壓比較器傳送低電壓準位之該數位信號至該多工器，進而使得該多工器根據該數位信號選擇該箝制電壓且傳送至該P型電晶體之閘極，以使得該P型電晶體進入飽和區。
  4. 如請求項2所述之電壓轉換電路，其中當該輸入電壓小於該輸出電壓，則該電壓比較器傳送低電壓準位之該數位信號至該多工器，進而使得該多工器根據該數位信號選擇該開關信號且傳送至該P型電晶體之閘極，以使得該P型電晶體進入線性區。
  5. 如請求項1所述之電壓轉換電路，其中當該開關信號為高電壓準位時，則一電感電流流經該電感與該第一開關電晶體並且於該電感儲存一電感能量，當該開關信號為低電壓準位時，則儲存於該電感之該電感能量透過該P型電晶體傳送至該輸出電容。
  6. 一種電子系統，包括：一電壓轉換電路，用以接收一輸入電壓並將該輸入電壓轉換為一輸出電壓，其中該輸入電壓小於該輸出電壓或者該輸入電壓大於該輸出電壓；以及一負載，連接至該電壓轉換電路，該負載接收該輸出電壓，其中該電壓轉換電路包括：一電感，其一端電性連接一輸入電壓；一第一開關電晶體，其汲極連接該電感之另一端，其閘極連接一開關信號並根據該開關信號決定本身之導通 或截止狀態，其源極連接一接地電壓；一第二開關電晶體，其汲極連接該電感之另一端，其閘極連接該開關信號並且其導通或截止狀態與該第一開關電晶體相反；一第一電阻，其一端連接該第二開關電晶體之源極，其另一端接收一箝制電壓；一第二電阻，其一端連接該第一電阻之另一端，其另一端連接一輸出電容之一端並且輸出一輸出電壓，其中該輸出電容之另一端連接該接地電壓；以及一P型電晶體，其源極連接該電感之另一端，其閘極接收一控制信號並據此決定進入飽和區或線性區，其汲極連接該輸出電容之一端，其中當該輸入電壓大於該輸出電壓且該開關信號轉態至低電壓準位，則該控制信號為該箝制電壓且該P型電晶體進入飽和區，以使得該第一開關電晶體之汲極電壓為該箝制電壓與該P型電晶體之源閘極電壓之總和，其中當該輸入電壓小於該輸出電壓且該開關信號轉態至低電壓準位，則該控制信號為該開關信號且該P型電晶體進入線性區，以使得該第一開關電晶體之汲極電壓為該輸出電壓與該P型電晶體之電壓降之總和。
  7. 如請求項6所述之電子系統，更包括：一電壓比較器，其第一輸入端接收該輸出電壓，其第二輸入端接收該輸入電壓，該電壓比較器用以將該輸出電壓與該輸入電壓進行比較並在其輸出端傳送含有比較結果之一數位信號；以及一多工器，電性連接該電壓比較器、該P型電晶體之閘極、該第一開關電晶體之閘極與該箝制電壓，該多工器根據所接 收到之該數位信號選擇性傳送該開關信號與該箝制電壓其中之一至該P型電晶體之閘極以作為該控制信號。
  8. 如請求項7所述之電子系統，其中當該輸入電壓大於該輸出電壓，則該電壓比較器傳送低電壓準位之該數位信號至該多工器，進而使得該多工器根據該數位信號選擇該箝制電壓且傳送至該P型電晶體之閘極，以使得該P型電晶體進入飽和區。
  9. 如請求項7所述之電子系統，其中當該輸入電壓小於該輸出電壓，則該電壓比較器傳送低電壓準位之該數位信號至該多工器，進而使得該多工器根據該數位信號選擇該開關信號且傳送至該P型電晶體之閘極，以使得該P型電晶體進入線性區。
  10. 如請求項7所述之電子系統，其中當該開關信號為高電壓準位時，則一電感電流流經該電感與該第一開關電晶體並且於該電感儲存一電感能量，當該開關信號為低電壓準位時，則儲存於該電感之該電感能量透過該P型電晶體傳送至該輸出電容。
TW102127077A 2013-07-29 2013-07-29 電壓轉換電路與使用其的電子系統 TWI496400B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102127077A TWI496400B (zh) 2013-07-29 2013-07-29 電壓轉換電路與使用其的電子系統
US14/078,720 US8963526B2 (en) 2013-07-29 2013-11-13 Voltage conversion circuit and electronic system using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW102127077A TWI496400B (zh) 2013-07-29 2013-07-29 電壓轉換電路與使用其的電子系統

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201505340A true TW201505340A (zh) 2015-02-01
TWI496400B TWI496400B (zh) 2015-08-11

Family

ID=52389939

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW102127077A TWI496400B (zh) 2013-07-29 2013-07-29 電壓轉換電路與使用其的電子系統

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8963526B2 (zh)
TW (1) TWI496400B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10411599B1 (en) * 2018-03-28 2019-09-10 Qualcomm Incorporated Boost and LDO hybrid converter with dual-loop control
TWI692173B (zh) * 2018-04-09 2020-04-21 茂達電子股份有限公司 非窄電壓直流充電器及其控制方法
US10444780B1 (en) 2018-09-20 2019-10-15 Qualcomm Incorporated Regulation/bypass automation for LDO with multiple supply voltages
US10591938B1 (en) 2018-10-16 2020-03-17 Qualcomm Incorporated PMOS-output LDO with full spectrum PSR
US10545523B1 (en) 2018-10-25 2020-01-28 Qualcomm Incorporated Adaptive gate-biased field effect transistor for low-dropout regulator
US10790747B1 (en) 2019-10-07 2020-09-29 Analog Devices International Unlimited Company Inductor current shunt for mitigation of load dump transients in DC-DC regulators
US11372436B2 (en) 2019-10-14 2022-06-28 Qualcomm Incorporated Simultaneous low quiescent current and high performance LDO using single input stage and multiple output stages
CN115237192A (zh) * 2022-07-20 2022-10-25 Oppo广东移动通信有限公司 电压调节电路、方法、芯片、模组、供电系统和电子设备

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2963592A (en) * 1956-05-11 1960-12-06 Bell Telephone Labor Inc Transistor switching circuit
DE1065876B (de) * 1957-12-23 1959-09-24 IBM Deutschland Internationale Büro-Maschinen Gesellschaft m.b.H., Sindelfingen (Württ.) Schaltkreis mit einem Transistor und einer Quelle konstanten Stromes
US3739257A (en) * 1971-09-29 1973-06-12 North Electric Co Variable flux-reset ferroresonant voltage regulator
US3771039A (en) * 1972-03-01 1973-11-06 Gte Automatic Electric Lab Inc Battery charging circuit for subscriber carrier equipment
US7180758B2 (en) * 1999-07-22 2007-02-20 Mks Instruments, Inc. Class E amplifier with inductive clamp
US6166527A (en) * 2000-03-27 2000-12-26 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency in a buck-boost switching regulator
US6430070B1 (en) * 2001-05-23 2002-08-06 Winbond Electronics Corp. Synchronous PWM switching regulator system
JP2005304210A (ja) * 2004-04-14 2005-10-27 Renesas Technology Corp 電源ドライバ装置及びスイッチング電源装置
US7265601B2 (en) * 2004-08-23 2007-09-04 International Rectifier Corporation Adaptive gate drive voltage circuit
US7746042B2 (en) * 2006-10-05 2010-06-29 Advanced Analogic Technologies, Inc. Low-noise DC/DC converter with controlled diode conduction
TWI319258B (en) * 2006-12-04 2010-01-01 Faraday Tech Corp Control circuit and method for a multi-mode buck-boost switching regulator
TW200842545A (en) * 2007-04-24 2008-11-01 Winbond Electronics Corp Controlling apparatus for a power converter and controlling method thereof
JP5137269B2 (ja) * 2007-04-25 2013-02-06 アドバンスト・アナロジック・テクノロジーズ・インコーポレイテッド 還流ダイオードを備えた降圧スイッチングレギュレータ
CN103098360A (zh) * 2011-08-12 2013-05-08 英特赛尔美国股份有限公司 用于电力转换器的箝位电路

Also Published As

Publication number Publication date
US20150028828A1 (en) 2015-01-29
TWI496400B (zh) 2015-08-11
US8963526B2 (en) 2015-02-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI496400B (zh) 電壓轉換電路與使用其的電子系統
US9647557B2 (en) Three phases controller for buck-boost regulators
US8508963B2 (en) Step-down switching regulator capable of providing high-speed response with compact structure
US9088211B2 (en) Buck-boost converter with buck-boost transition switching control
US8824167B2 (en) Self synchronizing power converter apparatus and method suitable for auxiliary bias for dynamic load applications
TWI460973B (zh) 控制升降壓電路操作的控制電路和方法、轉換器及電子裝置
US8803495B2 (en) Pre-bias control for switched mode power supplies
TWI763720B (zh) 用於將輸入電壓轉換成輸出電壓的功率轉換器及方法
US20110101946A1 (en) Voltage converters
TW201351861A (zh) 控制電源轉換裝置的方法及其相關電路
US7723972B1 (en) Reducing soft start delay and providing soft recovery in power system controllers
US20130021008A1 (en) Power converter apparatus and method with compensation for light load conditions
CN109474037B (zh) 一种电池充电电路及其控制电路和控制方法
JP4946226B2 (ja) Ｄｃ−ｄｃコンバータおよび電源装置
TWI505593B (zh) 可配置電源供應系統及電源供應配置方法
TW201705665A (zh) 用於非連續導通模式的單電感雙輸出電源轉換器及其控制方法
US10008926B2 (en) Switched capacitor DC-DC power converter circuit and voltage output method using the same
Liu et al. A current-mode buck converter with a pulse-skipping soft-start circuit
JP2014011841A (ja) スイッチングレギュレータ
CN110971122A (zh) 多模式电源转换器
TW201715819A (zh) 儲能裝置及其控制方法
US9812957B2 (en) DC/DC converter and method of driving DC/DC converter
CN111313730A (zh) 一种mos管整流电路
CN109756112B (zh) 切换式电容直流对直流电源转换器电路及输出电压的方法
CA2746803A1 (en) Self synchronizing power converter apparatus and method suitable for auxiliary bias for dynamic load applications