TW201513538A - 時間信號產生器及時間信號產生方法 - Google Patents

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Abstract

一種應用於電源轉換器的時間信號產生器及時間信號產生方法。時間信號產生方法包括以下步驟。根據誤差信號產生誤差延遲信號，其中誤差信號相關於電源轉換器的輸出電壓；以及根據誤差信號與誤差延遲信號產生時間信號。此時間信號可用來加速電源轉換器的響應速度。

Description

時間信號產生器及時間信號產生方法
本發明是有關於一種電源轉換技術，尤指一種應用於電源轉換器的時間信號產生器及時間信號產生方法。
圖1為習知的電源轉換器的示意圖。圖2為習知的電源轉換器的波形示意圖。請合併參閱圖1和圖2。習知的電源轉換器100的設計常採用固定導通時間的架構。斜波產生器140產生具有固定式三角波的斜波信號Xramp。比較器110比較誤差信號Xerr與斜波信號Xramp來產生比較信號Xcm。時間控制電路120根據比較信號Xcm、輸入電壓Vin及輸出電壓Vout來產生脈寬調變信號Xpwm，其中脈寬調變信號Xpwm的每一週期的導通時間Ton的寬度是固定值，且導通時間Ton的寬度是與輸入電壓Vin和輸出電壓Vout有關。
在電源轉換器100中，比較器110藉由誤差信號Xerr與斜波信號Xramp來產生比較信號Xcm。時間控制電路120藉由比較信號Xcm來決定何時輸出脈寬調變信號Xpwm的導通時間 Ton。誤差信號Xerr的振幅與回授信號Vfb和參考電壓Vref兩者有關。時間控制電路120在決定輸出脈寬調變信號Xpwm的導通時間Ton的時刻，開始計算並生成導通時間Ton，而且脈寬調變信號Xpwm中的每一週期的導通時間Ton是固定的。
習知的脈寬調變的操作架構雖可達到固定頻率的效果，但是在電源轉換器100的輸出端上的電容器CL的等效串聯電阻ESR以及電感器L的等效串聯電阻DCR皆很小時，電容器CL及電感器L因應負載的瞬間變化(load transient)時所提供的補償能量將會延遲，因此回授信號Vfb、誤差信號Xerr也會跟著延遲。原本由補償電路130所產生的誤差信號Xerr已經不能被用來收斂輸出電壓Vout。此外，由於斜波信號Xramp的導通時間Ton是固定的，將無法隨著負載的瞬間變化而改變導通時間Ton的時間長度。上述種種原因將造成電源轉換器100的輸出電壓Vout有不穩定的振盪情形。
圖3為習知的時間控制電路的電路圖。請參閱圖3。時間控制電路320包括電流源It、P型金氧半電晶體MP1及MP2、開關S3、電容器C1以及比較器322。電流源It、P型金氧半電晶體MP1及MP2組成電流鏡。電流源It與輸入電壓Vin有關。當脈寬調變信號為邏輯高位準時，則相對於脈寬調變信號的反相信號PWMB為邏輯低位準，因而截止了開關S3。並且，以將M倍放大係數乘與電流源It的電流M*It對電容器C1充電，直到充電電壓Xc的位準大於輸出電壓Vout時，比較器322才結束導通時間Ton的計數。
圖4為習知使用可調整導通時間的計數機制的波形示意 圖。請參閱圖4。可調整導通時間的計數機制是根據與輸出電壓有關的誤差信號Xerr來作為計數結束的上界。尤其在負載的瞬間變化時，採取變動的計數。但是此種作法在輸出電壓的能量不足時，該計數機制為了增長導通時間Ton而會不斷地計數。
圖5為習知技術中使用固定式計數機制與使用可調整導通時間的計數機制的波形示意圖。請參閱圖5。假設電源轉換器的電路架構使用固定式計數機制，則其相關波形如圖5繪示為輸出電壓Vout與電感電流IL。假設電源轉換器的電路架構使用可調整導通時間的計數機制，則其相關波形如圖5繪示為輸出電壓Vout1與電感電流IL1。現在觀察電感電流IL的波形與電感電流IL1的波形，以電感電流IL1的波形爬升速度較快。
如圖1所繪示，若輸出端的穩壓電容CL的等效串聯電阻ESR以及電感L的等效串聯電阻DCR皆很小時，原本由補償電路130產生的誤差信號Xerr已經不能提供迴路足夠的穩定度，將造成輸出電壓Vout有不穩定的振盪情形。再參考圖5，觀察電感電流IL1的波形，電感電流IL1的電流值變化為：先急速拉昇電流值，之後再急速降低電流值。電感電流IL1的波形呈現幾次振盪，最後電流值大小會穩定於負載電流Iload的電流值。雖然使用可調整導通時間的計數機制可用來改善固定式計數機制的安定時間(settling time)，但是輸出電壓Vout1的波形仍有振盪情形，實質上並無特別改善。
有鑑於此，本發明提出一種應用於電源轉換器的時間信 號產生器及時間信號產生方法，藉以解決先前技術所述及的問題。
本發明提出一種時間信號產生器，應用於電源轉換器。時間信號產生器包括輸入單元、延遲單元、時間信號單元以及轉換控制元件。延遲單元耦輸入單元，且依據誤差信號產生誤差延遲信號。時間信號單元用以提供時間信號。轉換控制元件耦接輸入單元、延遲單元及時間信號單元，以藉由誤差信號與誤差延遲信號來控制時間信號單元產生時間信號。
在本發明的一實施例中，轉換控制元件接收誤差信號與誤差延遲信號的差值，以藉由差值來控制時間信號單元的操作。
在本發明的一實施例中，轉換控制元件具有K倍放大係數，轉換控制元件接收誤差信號與誤差延遲信號的差值，以藉由差值乘與K倍放大係數來控制時間信號單元的操作。
在本發明的一實施例中，延遲單元包括電阻與電容器，電阻耦接輸入單元與轉換控制元件，電容器耦接電阻與轉換控制元件。
在本發明的一實施例中，時間信號單元包括比較器，比較器的第一輸入端耦接轉換控制元件的輸出。
在本發明的一實施例中，時間信號單元更包括充電單元，比較器的第二輸入端耦接充電單元。
在本發明的一實施例中，時間信號單元包括比較器與充電單元，比較器的第一輸入端接收輸出電壓，比較器的第二輸入端耦接充電單元與轉換控制元件。
在本發明的一實施例中，轉換控制元件為電壓控制電壓源元件時，轉換控制元件提供控制信號至時間信號單元，且控制 信號隨著電源轉換器的負載的瞬間變化而改變時間信號單元的時間信號的長度。
在本發明的一實施例中，轉換控制元件為電壓控制電流源元件時，轉換控制元件從時間信號單元汲取一汲取電流，且汲取電流隨著電源轉換器的負載的瞬間變化而改變時間信號單元的時間信號的長度。
本發明另提出一種時間信號產生器，應用於電源轉換器。時間信號產生器根據誤差信號來產生誤差延遲信號，且根據誤差信號與誤差延遲信號產生時間信號，其中誤差信號相關於電源轉換器的輸出電壓。
本發明另提出一種時間信號產生器，應用於電源轉換器。時間信號產生器包括誤差信號調整電路以及時間信號單元。誤差信號調整電路接收誤差信號，以產生誤差延遲信號，其中誤差信號相關於電源轉換器的輸出電壓。時間信號單元耦接誤差信號調整電路。時間信號單元藉由誤差信號與誤差延遲信號的一處理結果來產生時間信號。
在本發明的一實施例中，誤差信號調整電路包括輸入單元、延遲單元以及轉換控制元件。輸入單元接收誤差信號。延遲單元耦接輸入單元，且依據誤差信號產生誤差延遲信號。轉換控制元件耦接輸入單元、延遲單元及時間信號單元，以藉由誤差信號與誤差延遲信號來控制時間信號單元產生時間信號。
本發明另提出一種時間信號產生方法，應用於電源轉換器。時間信號產生方法包括下列步驟。根據誤差信號產生誤差延遲信號，其中誤差信號相關於電源轉換器的輸出電壓。根據誤差 信號與誤差延遲信號產生時間信號。
在本發明的一實施例中，根據誤差信號與誤差延遲信號產生時間信號的步驟包括：計算誤差信號與誤差延遲信號的差值；以及根據差值產生時間信號。
在本發明的一實施例中，根據差值產生時間信號的步驟包括：將差值乘與K倍放大係數；以及利用經放大的差值來產生時間信號。
基於上述，本發明的時間信號產生器以及時間信號產生方法利用誤差信號與誤差延遲信號來產生時間信號，以反應負載的瞬間變化而改變導通時間的長度。此時間信號可用來加速電源轉換器的響應速度，以使輸出電壓快速回到穩定狀態及改善暫態響應。
應瞭解的是，上述一般描述及以下具體實施方式僅為例示性及闡釋性的，其並不能限制本發明所欲主張的範圍。
10‧‧‧驅動器
20‧‧‧輸出級
21‧‧‧上橋開關
22‧‧‧下橋開關
30‧‧‧回授電路
40‧‧‧脈寬調變信號控制電路
100‧‧‧電源轉換器
110‧‧‧比較器
120‧‧‧時間控制電路
130‧‧‧補償電路
140‧‧‧斜波產生器
320‧‧‧時間控制電路
322‧‧‧比較器
410‧‧‧誤差放大器
412‧‧‧補償電路
420、420A、420B‧‧‧誤差信號調整電路
422‧‧‧輸入單元(放大器)
423‧‧‧延遲單元
424、426‧‧‧轉換控制元件
428‧‧‧電流源
430、430A、430B‧‧‧時間信號單元
432‧‧‧電流源
434‧‧‧比較器
436‧‧‧時間控制單元
440、440A、440B‧‧‧時間信號產生器
450‧‧‧比較器
460‧‧‧斜波產生器
470‧‧‧控制電路
480‧‧‧充電單元
600‧‧‧電源轉換器
Cdelay‧‧‧電容器
CL‧‧‧電容器
Cton‧‧‧電容器
C1‧‧‧電容器
DCR‧‧‧等效串聯電阻
ESR‧‧‧等效串聯電阻
GND‧‧‧接地端
IL、IL1‧‧‧電感電流
Iload‧‧‧負載電流
It‧‧‧電流源
Iton_err‧‧‧汲取電流
K‧‧‧放大係數
L‧‧‧電感器
LG‧‧‧下橋開關控制電壓
PWMB‧‧‧反相信號
Rdelay‧‧‧電阻
MP1、MP2‧‧‧P型金氧半電晶體
M*It‧‧‧電流
N*Vin‧‧‧電流源的電流值
Ramp‧‧‧斜波信號
SPWM‧‧‧時間信號
S1、S2、S3‧‧‧開關
S1101~S1111‧‧‧步驟
Ton‧‧‧導通時間
UG‧‧‧上橋開關控制電壓
Vcm‧‧‧比較信號
VCC‧‧‧工作電壓
VC1、VC2‧‧‧計數用信號
Verr‧‧‧誤差信號
Verr_delay‧‧‧誤差延遲信號
Vfb‧‧‧回授信號
Vin‧‧‧輸入電壓
Vpwm‧‧‧脈寬調變信號
Vout、Vout1‧‧‧輸出電壓
Vref‧‧‧參考信號
Vton‧‧‧充電電壓
Vton_hb‧‧‧控制信號
Xc‧‧‧充電電壓
Xcm‧‧‧比較信號
Xerr‧‧‧誤差信號
Xpwm‧‧‧脈寬調變信號
Xramp‧‧‧斜波信號
δ‧‧‧差值
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，其繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起用來說明本發明的原理。
圖1為習知的電源轉換器的示意圖。
圖2為習知的電源轉換器的波形示意圖。
圖3為習知的時間控制電路的電路圖。
圖4為習知使用可調整導通時間的計數機制的波形示意圖。
圖5為習知技術中使用固定式計數機制與使用可調整導通時 間的計數機制的波形示意圖。
圖6是依照本發明一實施例的電源轉換器的架構示意圖。
圖7是依照本發明第一實施例的時間信號產生器的電路示意圖。
圖8是依照本發明第一實施例的電源轉換器的波形示意圖。
圖9是依照本發明第二實施例的時間信號產生器的電路示意圖。
圖10是依照本發明第二實施例的電源轉換器的波形示意圖。
圖11與圖12繪示為本發明實施例的電源轉換器的時間信號產生方法的流程圖。
現在將詳細參考本發明的示範性實施例，並在附圖中說明所述示範性實施例的實例。另外，在圖式及實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同或類似部分。
在下述諸實施例中，當元件被指為「連接」或「耦接」至另一元件時，其可為直接連接或耦接至另一元件，或可能存在介於其間的元件。術語「電路」可表示為至少一元件或多個元件，或者主動地且/或被動地而耦接在一起的元件以提供合適功能。術語「信號」可表示為至少一電流、電壓、負載、溫度、資料或其他信號。斜波信號又可為類斜波信號、三角波信號或鋸齒波信號，其可以為重複-下降形式的斜波或是重複-上升形式的斜波，端視應用而決定。應理解，貫穿本說明書以及圖式所指代的信號，其物 理特性可以為電壓或是電流。
圖6是依照本發明一實施例的電源轉換器的架構示意圖。請參閱圖6。電源轉換器600包括驅動器10、輸出級20、電感器L、電容器CL、回授電路30以及脈寬調變信號控制電路40。脈寬調變信號控制電路40包括誤差放大器410、時間信號產生器440、比較器450、斜波產生器460以及控制電路470。脈寬調變信號控制電路40還可包括補償電路412。斜波產生器460接受控制電路470的控制操作，可以產生斜波信號Ramp。輸出級20內的上橋開關(high side switch)21的第一端接收輸入電壓Vin。下橋開關(low side switch)22耦接於上橋開關21的第二端與接地端GND之間。
在本發明的一實施例中，脈寬調變信號控制電路40與驅動器10可以組成直流對直流控制器(DC-DC controller)，或者脈寬調變信號控制電路40亦可直接成為直流對直流控制器。另外，脈寬調變信號控制電路40、驅動器10及輸出級20可以組成直流對直流轉換器(DC-DC converter)。此外，無論是直流對直流控制器或直流對直流轉換器實施在積體電路時，脈寬調變信號控制電路40中的補償電路412可以設置在上述積體電路的外部。
誤差放大器410接收回授信號Vfb與參考信號Vref來產生誤差信號Verr。誤差信號Verr相關於電源轉換器600的輸出電壓Vout。
時間信號產生器440包括誤差信號調整電路420以及時間信號單元430。時間信號產生器440接收輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及誤差信號Verr。誤差信號調整電路420接收並延遲誤 差信號Verr，產生誤差延遲信號Verr_delay。此外，誤差信號調整電路420可以藉由誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay的處理結果來控制時間信號單元430產生時間信號SPWM。例如：在一實施例中，誤差信號調整電路420藉由誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay來產生如圖7繪示的控制信號Vton_hb，以控制時間信號單元430的操作。在另一實施例中，誤差信號調整電路420藉由誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay來產生如圖9繪示的汲取電流Iton_err。稍後將描述控制信號Vton_hb、汲取電流Iton_err的操作。因此，時間信號單元430受到來自誤差信號調整電路420的控制信號Vton_hb或是汲取電流Iton_err而提供時間信號SPWM，並傳送至控制電路470。
比較器450的第一輸入端、第二輸入端分別接收誤差信號Verr、斜波信號Ramp，並輸出比較信號Vcm至控制電路470。
回授信號Vfb與電源轉換器600的輸出電壓Vout有關。在其他實施例中，回授信號Vfb也可以直接是輸出電壓Vout。脈寬調變信號控制電路40提供時間信號SPWM，以反應負載的瞬間變化而改變導通時間的長度。控制電路470根據時間信號SPWM來產生脈寬調變信號Vpwm，據以控制電源轉換器600。此外，控制電路470更可將脈寬調變信號Vpwm傳輸至時間信號產生器440。驅動器10根據脈寬調變信號Vpwm產生上橋開關控制電壓UG與下橋開關控制電壓LG，據以分別控制上橋開關21和下橋開關22。輸出級20用以對輸入電壓Vin進行直流對直流的轉換，從而電源轉換器600可以產生輸出電壓Vout並輸出至負載。
在本發明的一實施例中，脈寬調變信號Vpwm在定載(穩 態)情況可以為固定導通(constant on time，簡稱為COT)信號。在負載的瞬間變化時，脈寬調變信號Vpwm可以改變導通時間的長度，來加速電源轉換器600的響應速度，以使輸出電壓Vout快速回到穩定狀態及改善暫態響應。
下文將詳細描述兩種基於時間信號產生器440架構的實施例。
圖7是依照本發明第一實施例的時間信號產生器的電路示意圖。請參閱圖7。時間信號產生器440A包括誤差信號調整電路420A以及時間信號單元430A。誤差信號調整電路420A包括輸入單元422、延遲單元423以及轉換控制元件424。時間信號單元430A用以提供時間信號SPWM。延遲單元423包括電阻Rdelay與電容器Cdelay。延遲單元423耦接輸入單元422，且依據誤差信號Verr產生誤差延遲信號Verr_delay。轉換控制元件424耦接輸入單元422、延遲單元423及時間信號單元430A，以藉由誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay來控制時間信號單元430A產生時間信號SPWM。
輸入單元422的第一輸入端接收誤差信號Verr。電阻Rdelay的第一端耦接輸入單元422的第二輸入端與輸出端。電容器Cdelay耦接於電阻Rdelay的第二端與接地端GND之間。轉換控制元件424的第一輸入端、第二輸入端分別耦接電阻Rdelay的第一端、第二端。轉換控制元件424的第三輸入端接收輸出電壓Vout。
輸入單元422可以為放大器。誤差信號Verr經過放大器422的負回授而連接至電阻Rdelay與電容器Cdelay，從而在電容 器Cdelay上形成誤差延遲信號Verr_delay。電阻Rdelay兩端的跨壓為差值δ，δ=Verr-Verr_delay。
轉換控制元件424接收誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay的差值δ，以藉由差值δ來控制時間信號單元430A的操作。轉換控制元件424可以為電壓控制電壓源(voltage control voltage source，簡稱為VCVS)元件。轉換控制元件424可以具有K倍放大係數，藉由將差值δ乘與K倍放大係數(K的數值大於1)而放大差值。另外，若K倍放大係數的數值介於0至於1之間，則可縮小差值。轉換控制元件424根據上述經放大的差值(K* δ)與輸出電壓Vout進行相加處理，從而提供控制信號Vton_hb至時間信號單元430A。此控制信號Vton_hb將隨著負載的瞬間變化而改變計數用信號VC1的計數上界位準。
時間信號單元430A包括比較器434與充電單元480。充電單元480包括電流源432、開關S1與電容器Cton。電流源432具有N倍放大係數，以產生N倍於輸入電壓Vin的電流值(N*Vin)。電流源432的第一端耦接工作電壓VCC。開關S1的第一端耦接電流源432的第二端。電容器Cton耦接於開關S1的第二端與接地端GND之間。
此外，時間信號單元430A還可包括開關S2與時間控制單元436。開關S2與電容器Cton並聯連接。比較器434的第二輸入端耦接開關S1的第二端與充電單元480。比較器434的第一輸入端耦接轉換控制元件424的輸出，以接收控制信號Vton_hb。
充電單元480利用電流源432對電容器Cton充電。電容器Cton的充電電壓Vton的位準由0開始直到控制信號Vton_hb 的位準，之後比較器434的輸出端輸出計數用信號VC1。此計數用信號VC1可用於時間控制單元436，經計數處理可獲得新的導通時間。時間控制單元436根據計數用信號VC1控制開關S1與S2，並提供脈波形式的時間信號SPWM。當導通開關S1時，則斷開開關S2；反之，當斷開開關S1時，則導通開關S2。
圖8是依照本發明第一實施例的電源轉換器的波形示意圖。請合併參閱圖6至圖8。
當輸出電壓Vout的波形因為負載電流Iload的瞬間變化而往下降時，誤差信號Verr的波形往上升。此時，誤差信號調整電路420A根據誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay產生一差值δ，並使K倍的差值δ反應在控制信號Vton_hb上。控制信號Vton_hb可以用來反應輸出變化，進而增加時間信號SPWM中的導通時間(Ton)。
當電感電流IL的位準大於負載電流Iload的位準時，輸出電壓Vout的波形開始往上爬升，誤差信號Verr的波形往下降。此時，誤差信號調整電路420A根據誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay產生一差值δ，使K倍的差值δ反應在控制信號Vton_hb上。控制信號Vton_hb可以用來反應輸出電壓Vout的變化，進而縮短時間信號SPWM中的導通時間(Ton)。
當負載電流Iload無瞬間變化(亦即電感電流IL的直流值等於負載電流Iload)時，用於計數導通時間(Ton)的計數上界位準無明顯變化，電源轉換器600的操作模式將回到正常狀態的固定導通時間模式。
圖9是依照本發明第二實施例的時間信號產生器的電路 示意圖。請參閱圖9。時間信號產生器440B包括誤差信號調整電路420B以及時間信號單元430B。誤差信號調整電路420B包括輸入單元422、延遲單元423以及轉換控制元件426。時間信號單元430B用以提供時間信號SPWM。延遲單元423包括電阻Rdelay與電容器Cdelay。延遲單元423耦接輸入單元422，且依據誤差信號Verr產生誤差延遲信號Verr_delay。轉換控制元件426耦接輸入單元422、延遲單元423及時間信號單元430B，以藉由誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay來控制時間信號單元430B產生時間信號SPWM。
輸入單元422的第一輸入端接收誤差信號Verr。電阻Rdelay的第一端耦接輸入單元422的第二輸入端與輸出端。電容器Cdelay耦接於電阻Rdelay的第二端與接地端GND之間。轉換控制元件426的第一輸入端、第二輸入端分別耦接電阻Rdelay的第一端、第二端。轉換控制元件426包含電流源428。電流源428的第一端用於從時間信號單元430B汲取一汲取電流。電流源428的第二端耦接接地端GND。
輸入單元422可以為放大器。誤差信號Verr經過放大器422的負回授而連接至電阻Rdelay與電容器Cdelay，從而在電容器Cdelay上形成誤差延遲信號Verr_delay。電阻Rdelay兩端的跨壓為差值δ，δ=Verr-Verr_delay。
轉換控制元件426可以為電壓控制電流源(voltage control current source，簡稱為VCCS)元件。轉換控制元件426具有K倍放大係數，藉由將差值δ乘與K倍放大係數而從時間信號單元430B汲取一汲取電流(Iton_err=K* δ)。
時間信號單元430B包括比較器434與充電單元480。充電單元480包括電流源432、開關S1與電容器Cton。電流源432具有N倍放大係數，以產生N倍於輸入電壓Vin的電流值(N*Vin)。電流源432的第一端耦接工作電壓VCC。開關S1的第一端耦接電流源432的第二端。開關S1的第二端耦接電流源428的第一端。電容器Cton耦接於開關S1的第二端與接地端GND之間。開關S2與電容器Cton並聯連接。比較器434的第二輸入端耦接開關S1的第二端與轉換控制元件426。比較器434的第一輸入端接收輸出電壓Vout。
此外，時間信號單元430B還可包括開關S2與時間控制單元436。充電單元480利用計數用電流(N*Vin-Iton_err)對電容器Cton充電。電容器Cton的充電電壓Vton的位準由0開始直到輸出電壓Vout的位準，之後比較器434的輸出端輸出計數用信號VC2。此計數用信號VC2可用於時間控制單元436，經計數處理可獲得新的導通時間。時間控制單元436根據計數用信號VC2控制開關S1與S2，並提供脈波形式的時間信號SPWM。當導通開關S1時，則斷開開關S2；反之，當斷開開關S1時，則導通開關S2。
圖10是依照本發明第二實施例的電源轉換器的波形示意圖。請合併參閱圖6、圖9及圖10。
當輸出電壓Vout的波形因為負載電流Iload的瞬間變化而往下降時，誤差信號Verr的波形往上升。此時，誤差信號調整電路420B根據誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay的差值δ，使K倍差值δ反應在汲取電流Iton_err上。汲取電流Iton_err 可以用來反應輸出變化而降低上述計數用電流(N*Vin-Iton_err)，使得電容器Cton的充電時間增加，進而增加時間信號SPWM中的導通時間(Ton)。
當電感電流IL大於負載電流Iload時，輸出電壓Vout的波形開始往上爬升，誤差信號Verr往下降。此時，誤差信號調整電路420B根據誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay的差值δ，使K倍差值δ反應在汲取電流Iton_err上。汲取電流Iton_err可以用來反應輸出變化而縮短電容器Cton的充電時間，進而縮短時間信號SPWM中的導通時間(Ton)。
當負載電流Iload無瞬間變化(亦即電感電流IL的直流值等於負載電流Iload)時，電容器Cton的計數用電流將維持在固定電流(N*Vin)而無明顯變化，電源轉換器600的操作模式將回到正常狀態的固定導通時間模式。
基於上述實施例所揭示的內容，可以彙整出一種通用的電源轉換器的時間信號產生方法。更清楚來說，圖11與圖12繪示為本發明實施例的電源轉換器的時間信號產生方法的流程圖。請先合併參閱圖6和圖11，本實施例的時間信號產生方法可以包括以下步驟。
如步驟S1101所示，根據誤差信號Verr產生誤差延遲信號Verr_delay。誤差信號Verr相關於電源轉換器600的輸出電壓Vout。接著如步驟S1103所示，根據誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay產生時間信號SPWM。
請參閱圖12。根據誤差信號與誤差延遲信號產生時間信號的步驟S1103可以進一步包括下列步驟。如步驟S1105所示， 計算誤差信號Verr與誤差延遲信號Verr_delay的差值δ。接著，如步驟S1107所示，根據差值δ產生時間信號SPWM。
此外，步驟S1107可包括下列步驟。如步驟S1109所示，將差值δ乘與K倍放大係數。接著，如步驟S1111所示，利用經放大的差值來產生時間信號SPWM。
綜上所述，本發明的時間信號產生器以及時間信號產生方法利用誤差信號與誤差延遲信號來產生時間信號，以反應負載的瞬間變化而改變導通時間的長度。此時間信號可用來加速電源轉換器的響應速度，以使輸出電壓快速回到穩定狀態及改善暫態響應。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明的專利範圍。
S1101~S1103‧‧‧時間信號產生方法的各步驟

Claims (28)

  1. 一種時間信號產生器，應用於一電源轉換器，該時間信號產生器包括：一輸入單元，接收一誤差信號，其中該誤差信號相關於該電源轉換器的一輸出電壓；一延遲單元，耦接該輸入單元，且依據該誤差信號產生一誤差延遲信號；一時間信號單元，用以提供一時間信號；以及一轉換控制元件，耦接該輸入單元、該延遲單元及該時間信號單元，以藉由該誤差信號與該誤差延遲信號來控制該時間信號單元產生該時間信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件接收該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值，以藉由該差值來控制該時間信號單元的操作。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件具有一K倍放大係數，該轉換控制元件接收該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值，以藉由該差值乘與該K倍放大係數來控制該時間信號單元的操作。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該延遲單元包括一電阻與一電容器，該電阻耦接該輸入單元與該轉換控制元件，該電容器耦接該電阻與該轉換控制元件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該時間信號單元包括一比較器，該比較器的一第一輸入端耦接該轉換控制元件的輸出。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的時間信號產生器，其中該時間信號單元更包括一充電單元，該比較器的一第二輸入端耦接該充電單元。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該時間信號單元包括一比較器與一充電單元，該比較器的一第一輸入端接收該輸出電壓，該比較器的一第二輸入端耦接該充電單元與該轉換控制元件。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件為一電壓控制電壓源元件時，該轉換控制元件提供一控制信號至該時間信號單元，且該控制信號隨著該電源轉換器的負載的瞬間變化而改變該時間信號單元的該時間信號的長度。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件為一電壓控制電流源元件時，該轉換控制元件從該時間信號單元汲取一汲取電流，且該汲取電流隨著該電源轉換器的負載的瞬間變化而改變該時間信號單元的該時間信號的長度。
  10. 一種時間信號產生器，應用於一電源轉換器，該時間信號產生器根據一誤差信號來產生一誤差延遲信號，且根據該誤差信號與該誤差延遲信號來產生一時間信號，其中該誤差信號相關於該電源轉換器的一輸出電壓。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的時間信號產生器，其中該時間信號產生器包括：一輸入單元，接收該誤差信號；一延遲單元，耦接該輸入單元，且依據該誤差信號產生該誤差延遲信號； 一時間信號單元，用以提供該時間信號；以及一轉換控制元件，耦接該輸入單元、該延遲單元及該時間信號單元，以藉由該誤差信號與該誤差延遲信號來控制該時間信號單元產生該時間信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件接收該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值，以藉由該差值來控制該時間信號單元的操作。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件具有一K倍放大係數，該轉換控制元件接收該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值，以藉由該差值乘與該K倍放大係數來控制該時間信號單元的操作。
  14. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該延遲單元包括一電阻與一電容器，該電阻耦接該輸入單元與該轉換控制元件，該電容器耦接該電阻與該轉換控制元件。
  15. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該時間信號單元包括一比較器，該比較器的一第一輸入端耦接該轉換控制元件的輸出。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的時間信號產生器，其中該時間信號單元更包括一充電單元，該比較器的一第二輸入端耦接該充電單元。
  17. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該時間信號單元包括一比較器與一充電單元，該比較器的一第一輸入端接收該輸出電壓，該比較器的一第二輸入端耦接該充電單元與該轉換控制元件。
  18. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件為一電壓控制電壓源元件時，該轉換控制元件提供一控制信號至該時間信號單元，且該控制信號隨著該電源轉換器的負載的瞬間變化而改變該時間信號單元的該時間信號的長度。
  19. 如申請專利範圍第11項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件為一電壓控制電流源元件時，該轉換控制元件從該時間信號單元汲取一汲取電流，且該汲取電流隨著該電源轉換器的負載的瞬間變化而改變該時間信號單元的該時間信號的長度。
  20. 一種時間信號產生方法，應用於一電源轉換器，該時間信號產生方法包括：根據一誤差信號產生一誤差延遲信號，其中該誤差信號相關於該電源轉換器的一輸出電壓；以及根據該誤差信號與該誤差延遲信號產生一時間信號。
  21. 如申請專利範圍第20項所述的時間信號產生方法，其中根據該誤差信號與該誤差延遲信號產生該時間信號的步驟包括：計算該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值；以及根據該差值產生該時間信號。
  22. 如申請專利範圍第21項所述的時間信號產生方法，其中根據該差值產生該時間信號的步驟包括：將該差值乘與一K倍放大係數；以及利用經放大的該差值來產生該時間信號。
  23. 一種時間信號產生器，應用於一電源轉換器，該時間信號產生器包括：一誤差信號調整電路，接收一誤差信號，以產生一誤差延遲 信號，其中該誤差信號相關於該電源轉換器的一輸出電壓；以及一時間信號單元，耦接該誤差信號調整電路，其中該時間信號單元藉由該誤差信號與該誤差延遲信號的一處理結果來產生時間信號。
  24. 如申請專利範圍第23項所述的時間信號產生器，其中該誤差信號調整電路包括：一輸入單元，接收該誤差信號；一延遲單元，耦接該輸入單元，且依據該誤差信號產生該誤差延遲信號；以及一轉換控制元件，耦接該輸入單元、該延遲單元及該時間信號單元，以藉由該誤差信號與該誤差延遲信號來控制該時間信號單元產生該時間信號。
  25. 如申請專利範圍第24項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件接收該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值，以藉由該差值來控制該時間信號單元的操作。
  26. 如申請專利範圍第24項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件具有一K倍放大係數，該轉換控制元件接收該誤差信號與該誤差延遲信號的一差值，以藉由該差值乘與該K倍放大係數來控制該時間信號單元的操作。
  27. 如申請專利範圍第24項所述的時間信號產生器，其中該轉換控制元件為一電壓控制電壓源元件時，該轉換控制元件提供一控制信號至該時間信號單元，且該控制信號隨著該電源轉換器的負載的瞬間變化而改變該時間信號單元的該時間信號的長度。
  28. 如申請專利範圍第24項所述的時間信號產生器，其中該 轉換控制元件為一電壓控制電流源元件時，該轉換控制元件從該時間信號單元汲取一汲取電流，且該汲取電流隨著該電源轉換器的負載的瞬間變化而改變該時間信號單元的該時間信號的長度。
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