TW202118211A - 電壓轉換電路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一種電壓轉換電路，其誤差加總模組根據關於第一/第二輸出電壓的第一/第二誤差訊號產生第一/第二誤差調變訊號，其脈寬調變(PWM)產生模組根據第一及第二誤差調變訊號與鋸齒訊號產生第一及第二PWM訊號，其控制模組根據第一及第二PWM訊號產生第一及第二控制訊號，其第一開關耦接輸入電壓與輸出電感，其第二開關耦接輸出電感與接地端，其第三開關耦接第二輸出電壓與輸出電感，其第四開關耦接第一輸出電壓與輸出電感，其第五開關耦接輸出電感與接地端。第一開關及第四開關受控於第一控制訊號且第二開關、第三開關及第五開關受控於第二控制訊號。

Description

電壓轉換電路及其控制方法
本發明係與電壓轉換有關，尤其是關於一種電壓轉換電路及其控制方法。
一般而言，由於主動矩陣有機發光二極體(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED)顯示面板需要正極性與負極性的電源，故常採用單電感雙極性輸出(Single-Inductor Bipolar Output, SIBO)直流-直流電壓轉換器，其具有單一個輸出電感並可將輸入電壓轉換為極性相反的兩個輸出電壓。
若傳統的SIBO直流-直流電壓轉換器採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式於每一週期均提供電荷給所有的輸出，雖可大幅提高效率，但亦容易產生交越變動效應(Cross regulation effect)，因而導致其電壓轉換效能變差，亟待進一步加以解決。
有鑑於此，本發明提出一種電壓轉換電路及其控制方法，以有效解決先前技術所遭遇到之上述問題。
依據本發明之一具體實施例為一種電壓轉換電路。於此實施例中，電壓轉換電路包括輸出電感且接收輸入電壓並分別輸出極性相反的第一輸出電壓及第二輸出電壓。電壓轉換電路還包括第一誤差放大器、第二誤差放大器、誤差加總(Error summing)模組、脈寬調變產生模組、控制模組、第一開關、第二開關、第三開關、第四開關及第五開關。第一誤差放大器用以分別接收第一回授電壓及第一參考電壓並輸出第一誤差訊號，其中第一回授電壓與第一輸出電壓有關。第二誤差放大器用以分別接收第二回授電壓及第二參考電壓並輸出第二誤差訊號，其中第二回授電壓與第二輸出電壓有關。誤差加總模組分別耦接第一誤差放大器及第二誤差放大器，用以分別接收第一誤差訊號及第二誤差訊號，並根據第一誤差訊號與第二誤差訊號分別產生第一誤差調變訊號及第二誤差調變訊號。脈寬調變產生模組耦接誤差加總模組，用以分別接收第一誤差調變訊號、第二誤差調變訊號及鋸齒訊號並根據第一誤差調變訊號、第二誤差調變訊號及鋸齒訊號分別產生第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號。控制模組耦接脈寬調變產生模組，用以分別接收第一脈寬調變訊號與第二脈寬調變訊號並據以分別產生第一控制訊號及第二控制訊號。第一開關耦接於輸入電壓與輸出電感之第一端之間，且其操作係受控於第一控制訊號。第二開關耦接於輸出電感之第二端與接地端之間，且其操作係受控於第二控制訊號。第三開關耦接於第二輸出電壓與輸出電感之第一端之間，且其操作係受控於第二控制訊號。第四開關耦接於第一輸出電壓與輸出電感之第二端之間，且其操作係受控於第一控制訊號。第五開關耦接於輸出電感之第一端與接地端之間，且其操作係受控於第二控制訊號。
於一實施例中，第一誤差調變訊號係用來決定充電期間長度，以得到最大輸入電荷量。
於一實施例中，第二誤差調變訊號係用來決定切換至另一輸出之切換時間，以維持電荷守恆。
於一實施例中，脈寬調變產生模組還接收零電流感測訊號並輸出零電流電壓訊號至控制模組，且零電流電壓訊號係用來決定輸出電感是否進入零電流狀態。
於一實施例中，電壓轉換電路還包括零電流感測模組，耦接至輸出電感之第二端與第四開關之間且耦接脈寬調變產生模組，用以感測輸出電感之第二端與第四開關之間的電流是否為零，以提供零電流感測訊號至脈寬調變產生模組，其中控制模組根據零電流電壓訊號調整第一控制訊號與第二控制訊號。
於一實施例中，電壓轉換電路還包括第一分壓電阻及第二分壓電阻，串接於第一輸出電壓與接地端之間，第一誤差放大器之輸入端耦接至第一分壓電阻與第二分壓電阻之間，以接收第一回授電壓；以及第三分壓電阻及第四分壓電阻，串接於第二輸出電壓與預設電壓之間，第二誤差放大器之輸入端耦接至第三分壓電阻與第四分壓電阻之間，以接收第二回授電壓。
於一實施例中，電壓轉換電路還包括合成模組，耦接脈寬調變產生模組，用以分別接收電流感測訊號及斜波訊號並據以產生鋸齒訊號至脈寬調變產生模組。
於一實施例中，電壓轉換電路還包括斜波產生模組，耦接合成模組，用以接收時脈訊號並根據時脈訊號產生斜波訊號至合成模組；以及電流感測模組，耦接至輸出電感之第二端與第二開關之間且耦接合成模組，用以感測輸出電感之第二端與第二開關之間的電流並據以產生電流感測訊號至合成模組。
於一實施例中，電壓轉換電路還包括第一輸出電容，其一端耦接至第四開關與第一輸出電壓之間且其另一端耦接接地端；第一輸出電流源，其一端耦接至第四開關與第一輸出電壓之間且其另一端耦接接地端；第一輸出電流源，其一端耦接至第四開關與第一輸出電壓之間且其另一端耦接接地端；第二輸出電容，其一端耦接至第三開關與第二輸出電壓之間且其另一端耦接接地端；以及第二輸出電流源，其一端耦接至第三開關與第二輸出電壓之間且其另一端耦接接地端。
於一實施例中，誤差加總模組包括第一電壓-電流轉換單元，耦接第一誤差放大器，用以將第一誤差訊號轉換為第一電流訊號；第二電壓-電流轉換單元，耦接第二誤差放大器，用以將第二誤差訊號轉換為第二電流訊號；第一電阻單元，其第一端分別耦接第一電壓-電流轉換單元及第二電壓-電流轉換單元之輸出端且其第二端耦接至接地端，第一電流訊號與第二電流訊號合成為第一加總電流流經第一電阻單元，以產生第一誤差調變訊號。
於一實施例中，誤差加總模組還包括解碼單元(Decoder)，用以根據輸入電壓及第一輸出電壓/第二輸出電壓產生倍率常數；電流鏡單元(Current mirror)，分別耦接第一電壓-電流轉換單元、第二電壓-電流轉換單元及解碼單元，用以根據第一電流訊號、第二電流訊號及倍率常數產生第二加總電流；以及第二電阻單元，耦接於電流鏡單元與接地端之間，第二加總電流流經第二電阻單元，以產生第二誤差調變訊號。
於一實施例中，電壓轉換電路係為單電感雙極性輸出(Single-Inductor Bipolar Output, SIBO)直流-直流電壓轉換器(DC-DC converter)且其採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式。
依據本發明之另一具體實施例為一種電壓轉換電路控制方法。於此實施例中，電壓轉換電路控制方法用以控制包括輸出電感的電壓轉換電路接收輸入電壓並分別輸出極性相反的第一輸出電壓及第二輸出電壓。電壓轉換電路控制方法包括下列步驟：(a)根據第一回授電壓及第一參考電壓提供第一誤差訊號，其中第一回授電壓與第一輸出電壓有關；(b)根據第二回授電壓及第二參考電壓提供第二誤差訊號，其中第二回授電壓與第二輸出電壓有關；(c)根據第一誤差訊號與第二誤差訊號分別提供第一誤差調變訊號及第二誤差調變訊號；(d)根據第一誤差調變訊號、第二誤差調變訊號及鋸齒訊號分別提供第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號；(e)根據第一脈寬調變訊號與第二脈寬調變訊號分別提供第一控制訊號及第二控制訊號；(f)透過第一控制訊號分別控制耦接於輸入電壓與輸出電感之第一端之間的第一開關以及耦接於第一輸出電壓與輸出電感之第二端之間的第四開關；以及(g)透過第二控制訊號分別控制耦接於輸出電感之第二端與接地端之間的第二開關、耦接於第二輸出電壓與輸出電感之第一端之間的第三開關以及耦接於輸出電感之第一端與接地端之間的第五開關。
相較於先前技術，根據本發明之電壓轉換電路及其控制方法可透過誤差加總模組根據與第一/第二輸出電壓有關的第一/第二回授電壓來調整第一/第二脈寬調變訊號，有效降低採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式的單電感多輸出(Single Inductor Multiple Output, SIMO)電壓轉換電路的交越變動效應(Cross regulation effect)，以提升其電壓轉換效能。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
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。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。
依據本發明之一具體實施例為一種電壓轉換電路。於此實施例中，電壓轉換電路可以是單電感多輸出(Single Inductor Multiple Output, SIMO)直流-直流電壓轉換器(DC-DC converter)，例如具有單一個輸出電感並可將輸入電壓轉換為極性相反的兩個輸出電壓的單電感雙極性輸出(Single-Inductor Bipolar Output, SIBO)直流-直流電壓轉換器且其採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式，其可應用於顯示面板，例如主動矩陣有機發光二極體(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED)顯示面板，但不以此為限。
請參照圖1，圖1繪示此實施例中之電壓轉換電路1的示意圖。如圖1所示，電壓轉換電路1包括輸出電感L且接收輸入電壓VIN並分別輸出極性相反的第一輸出電壓VOP及第二輸出電壓VON。電壓轉換電路1還包括第一誤差放大器11、第二誤差放大器12、誤差加總(Error summing)模組13、零電流感測模組14、斜波產生模組15、電流感測模組16、合成模組17、脈寬調變產生模組18、控制模組19、第一開關M1、第二開關M2、第三開關M3、第四開關M4、第五開關M5、第一分壓電阻RP1、第二分壓電阻RP2、第三分壓電阻RN1、第四分壓電阻RN2、第一輸出電容COP、第一輸出電流源IOP、第一輸出電流源IOP、第二輸出電容CON及第二輸出電流源ION，但不以此為限。
第一誤差放大器11分別接收第一回授電壓VFP及參考電壓VREF2並輸出第一誤差訊號VEP，其中第一回授電壓VFP與第一輸出電壓VOP有關。第二誤差放大器12用以分別接收第二回授電壓VFN及參考電壓VREF3並輸出第二誤差訊號VEN，其中第二回授電壓VFN與第二輸出電壓VON有關。
誤差加總模組13分別耦接第一誤差放大器11及第二誤差放大器12，用以分別接收第一誤差訊號VEP及第二誤差訊號VEN，並根據第一誤差訊號VEP與第二誤差訊號VEN分別產生第一誤差調變訊號VESUM1及第二誤差調變訊號VESUM2。
脈寬調變產生模組18耦接誤差加總模組13，用以分別接收第一誤差調變訊號VESUM1、第二誤差調變訊號VESUM2及鋸齒訊號VSAW並根據第一誤差調變訊號VESUM1、第二誤差調變訊號VESUM2及鋸齒訊號VSAW分別產生第一脈寬調變訊號VPWM1及第二脈寬調變訊號VPWM2。
控制模組19耦接脈寬調變產生模組18，用以分別接收第一脈寬調變訊號VPWM1與第二脈寬調變訊號VPWM2並據以分別產生第一控制訊號VGP及第二控制訊號VGN。
第一開關M1耦接於輸入電壓VIN與輸出電感L之第一端之間，且其操作係受控於第一控制訊號VGP。第二開關M2耦接於輸出電感L之第二端與接地端之間，且其操作係受控於第二控制訊號VGN。第三開關M3耦接於第二輸出電壓VON與輸出電感L之第一端之間，且其操作係受控於第二控制訊號VGN。第四開關M4耦接於第一輸出電壓VOP與輸出電感L之第二端之間，且其操作係受控於第一控制訊號VGP。第五開關M5耦接於輸出電感L之第一端與接地端之間，且其操作係受控於第二控制訊號VGN。
零電流感測模組14耦接至輸出電感L之第二端與第四開關M4之間且耦接脈寬調變產生模組18，用以感測輸出電感L之第二端與第四開關M4之間的電流是否為零，以提供零電流感測訊號IZC至脈寬調變產生模組18。脈寬調變產生模組18接收零電流感測訊號IZC並輸出零電流電壓訊號VZC至控制模組19，其中零電流電壓訊號VZC係用來決定輸出電感L是否進入零電流狀態。控制模組19根據零電流電壓訊號VZC調整第一控制訊號VGP與第二控制訊號VGN。
斜波產生模組15耦接合成模組17，用以接收時脈訊號VCLK並根據時脈訊號VCLK產生斜波訊號VSL至合成模組17。電流感測模組16耦接至輸出電感L之第二端與第二開關M2之間且耦接合成模組17，用以感測輸出電感L之第二端與第二開關M2之間的電流並據以產生電流感測訊號VCS至合成模組17。合成模組17耦接脈寬調變產生模組18，用以分別接收電流感測訊號VCS及斜波訊號VSL並據以產生鋸齒訊號VSAW至脈寬調變產生模組18。
第一分壓電阻RP1及第二分壓電阻RP2串接於第一輸出電壓VOP與接地端GND之間，第一誤差放大器11之輸入端-耦接至第一分壓電阻RP1與第二分壓電阻RP2之間，以接收第一回授電壓VFP。第三分壓電阻RN1及第四分壓電阻RN2串接於第二輸出電壓VON與預設電壓VREF1之間，第二誤差放大器12之輸入端+耦接至第三分壓電阻RN1與第四分壓電阻RN2之間，以接收第二回授電壓VFN。
第一輸出電容COP的一端耦接至第四開關M4與第一輸出電壓VOP之間且其另一端耦接接地端GND。第一輸出電流源IOP的一端耦接至第四開關M4與第一輸出電壓VOP之間且其另一端耦接接地端GND。第一輸出電流源IOP的一端耦接至第四開關M4與第一輸出電壓VOP之間且其另一端耦接接地端GND。第二輸出電容CON的一端耦接至第三開關M3與第二輸出電壓VON之間且其另一端耦接接地端GND。第二輸出電流源ION的一端耦接至第三開關M3與第二輸出電壓VON之間且其另一端耦接接地端GND。
需特別說明的是，誤差加總模組13所提供的第一誤差調變訊號VESUM1係用來決定充電期間長度，以得到最大輸入電荷量。誤差加總模組13所提供的第二誤差調變訊號VESUM2係用來決定切換至另一輸出之切換時間，以維持電荷守恆。
請參照圖2A。圖2A繪示誤差加總模組13之一實施例。如圖2A所示，誤差加總模組13包括第一電壓-電流轉換單元(V-I converter)130、第二電壓-電流轉換單元131、解碼單元(Decoder)132、電流鏡單元(Current mirror)133、第一電阻單元R及第二電阻單元R。第一電壓-電流轉換單元130耦接第一誤差放大器11，用以將第一誤差訊號VEP轉換為第一電流訊號IEP。第二電壓-電流轉換單元131耦接第二誤差放大器12，用以將第二誤差訊號VEN轉換為第二電流訊號IEN。第一電阻單元R的第一端分別耦接第一電壓-電流轉換單元130及第二電壓-電流轉換單元131之輸出端且其第二端耦接至接地端GND。第一電流訊號IEP與第二電流訊號IEN合成為第一加總電流ISUM1流經第一電阻單元R，以產生第一誤差調變訊號VESUM1。
解碼單元132用以根據輸入電壓VIN及第一輸出電壓VOP/第二輸出電壓VON產生倍率常數K。電流鏡單元133分別耦接第一電壓-電流轉換單元130、第二電壓-電流轉換單元131及解碼單元132，用以根據第一電流訊號IEP、第二電流訊號IEN及倍率常數K產生第二加總電流ISUM2。第二電阻單元R耦接於電流鏡單元133與接地端GND之間。第二加總電流ISUM2流經第二電阻單元R，以產生第二誤差調變訊號VESUM2。
請參照圖2B。圖2B繪示第一電壓-電流轉換單元130之一實施例。如圖2B所示，第一電壓-電流轉換單元130包括電壓隨耦器1301、開關1302、電流鏡1303及電阻R。開關1302與電阻R串接於電流鏡1303與接地端GND之間。電壓隨耦器1301的輸入端+接收第一誤差訊號VEP且其輸入端-耦接至開關1302與電阻R之間。電壓隨耦器1301的輸出端耦接至開關1302的閘極。電流鏡1303包括開關SW1~SW2。開關SW1與SW2的閘極彼此耦接。開關SW1耦接開關1302。開關SW2輸出第一電流訊號IEP。
請參照圖3。圖3繪示電壓轉換電路中之各訊號的時序圖。如圖3所示，週期T係由時間t3至t11，可分為四段期間D1T~D4T。
於時間t3之前(亦即週期T之前)的期間，電感電流IL維持於零，電感電壓VL維持於零，鋸齒訊號VSAW從時間t1開始下降並於時間t3降至低電壓位準C，時脈訊號VCLK維持於高位準，第一脈寬調變訊號VPWM1於時間t2由高位準下降至低位準，第二脈寬調變訊號VPWM2於時間t1由高位準下降至低位準，零電流電壓訊號VZC維持於低位準。
於時間t3至t4的期間D1T，電感電流IL從零上升至電流峰值IPEAK，電感電壓VL於時間t3上升至輸入電壓VIN並維持於輸入電壓VIN至時間t4，鋸齒訊號VSAW於時間t3開始從低電壓位準C開始上升且其上升斜率高於原來的斜波訊號VSL的上升斜率，鋸齒訊號VSAW於時間t4上升至第一誤差調變訊號VESUM1，時脈訊號VCLK於時間t3從高位準下降至低位準並維持於低位準，第一脈寬調變訊號VPWM1與第二脈寬調變訊號VPWM2均維持於低位準，零電流電壓訊號VZC維持於低位準。
於時間t4至t5的期間D2T，電感電流IL從電流峰值IPEAK下降至電流值IOPDC，電感電壓VL於時間t4從輸入電壓VIN下降至第二輸出電壓VON並維持於第二輸出電壓VON至時間t5，鋸齒訊號VSAW於時間t4的第一誤差調變訊號VESUM1持續上升而於時間t5上升至第二誤差調變訊號VESUM2，時脈訊號VCLK維持於低位準，第一脈寬調變訊號VPWM1於時間t4由低位準上升至高位準並維持於高位準，第二脈寬調變訊號VPWM2維持於低位準，零電流電壓訊號VZC維持於低位準。
於時間t5至t7的期間D3T，電感電流IL從電流值IOPDC下降至零，電感電壓VL於時間t5從第二輸出電壓VON下降至負的第一輸出電壓-VOP並維持於負的第一輸出電壓-VOP至時間t7，鋸齒訊號VSAW於時間t5會先稍微下降後再以原來的斜波訊號VSL的斜率上升至第一誤差訊號VEP，時脈訊號VCLK維持於低位準，第一脈寬調變訊號VPWM1維持於高位準，第二脈寬調變訊號VPWM2於時間t5先短暫地由低位準上升至高位準再降回低位準並於時間t6從低位準上升至高位準並維持於高位準至時間t7，零電流電壓訊號VZC維持於低位準。
於時間t7至t11的期間D4T，電感電流IL維持於零，電感電壓VL維持於零，鋸齒訊號VSAW於時間t7至t8先持續上升並於時間t8開始下降直至時間t11降至低電壓位準C，時脈訊號VCLK於時間t7至t8維持於低位準並於時間t8上升至高位準並維持於高位準直至時間t11，第一脈寬調變訊號VPWM1於時間t7至t10維持於高位準並於時間t10下降至低位準並維持於低位準直至時間t11，第二脈寬調變訊號VPWM2於時間t7至t9維持於高位準並於時間t9下降至低位準並維持於低位準直至時間t11，零電流電壓訊號VZC於時間t7先短暫地由低位準上升至高位準再降回低位準並維持於低位準直至時間t11。
需說明的是，鋸齒訊號VSAW從時間t3開始上升並於時間t4達到誤差加總模組13所提供的第一誤差調變訊號VESUM1(亦即對輸出電感L充電的上限)，此時即可決定充電期間長度為時間t3至t4，以得到最大輸入電荷量。接著，鋸齒訊號VSAW從時間t4繼續上升並於時間t5達到誤差加總模組13所提供的第二誤差調變訊號VESUM2(亦即對輸出電感L放電時之電荷守恆點)，此時即可決定從一輸出(例如第二輸出電壓VON)切換至另一輸出(負的第一輸出電壓-VOP)之切換時間為時間t5，藉以維持電荷守恆。
依據本發明之另一具體實施例為一種電壓轉換電路控制方法。於此實施例中，電壓轉換電路控制方法用以控制包括輸出電感的電壓轉換電路接收輸入電壓並分別輸出極性相反的第一輸出電壓及第二輸出電壓。電壓轉換電路可以是單電感多輸出(Single Inductor Multiple Output, SIMO)直流-直流電壓轉換器(DC-DC converter)，例如單電感雙極性輸出(Single-Inductor Bipolar Output, SIBO)直流-直流電壓轉換器且其採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式，其可應用於顯示面板，例如主動矩陣有機發光二極體(Active-Matrix Organic Light-Emitting Diode, AMOLED)顯示面板，但不以此為限。
請參照圖4，圖4繪示此實施例中之電壓轉換電路控制方法的流程圖。如圖4所示，電壓轉換電路控制方法包括下列步驟：
步驟S10：根據第一回授電壓及第一參考電壓提供第一誤差訊號並根據第二回授電壓及第二參考電壓提供第二誤差訊號，其中第一回授電壓與第一輸出電壓有關且第二回授電壓與第二輸出電壓有關；
步驟S12：根據第一誤差訊號與第二誤差訊號分別提供第一誤差調變訊號及第二誤差調變訊號；
步驟S14：以第一誤差調變訊號為上限對輸出電感充電；以及
步驟S16：以第二誤差調變訊號為第一輸出電壓與第二輸出電壓的電荷守恆點對輸出電感放電。
於實際應用中，電壓轉換電路控制方法還可包括：根據第一誤差調變訊號、第二誤差調變訊號及鋸齒訊號分別提供第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號；根據第一脈寬調變訊號與第二脈寬調變訊號分別提供第一控制訊號及第二控制訊號；透過第一控制訊號分別控制耦接於輸入電壓與輸出電感之第一端之間的第一開關以及耦接於第一輸出電壓與輸出電感之第二端之間的第四開關；透過第二控制訊號分別控制耦接於輸出電感之第二端與接地端之間的第二開關、耦接於第二輸出電壓與輸出電感之第一端之間的第三開關以及耦接於輸出電感之第一端與接地端之間的第五開關。
接著，請參照圖5。圖5繪示圖4中之步驟S12包括步驟S120~S126的流程圖。如圖5所示，步驟S12包括：
步驟S120：分別將第一誤差訊號及第二誤差訊號轉換為第一電流訊號及第二電流訊號；
步驟S122：根據第一電流訊號與第二電流訊號產生第一加總電流流經第一電阻單元，以產生第一誤差調變訊號；
步驟S124：根據輸入電壓及第一輸出電壓/第二輸出電壓產生倍率常數；以及
步驟S126：根據第一電流訊號、第二電流訊號及倍率常數產生第二加總電流流經第二電阻單元，以產生第二誤差調變訊號。
相較於先前技術，根據本發明之電壓轉換電路及其控制方法可透過誤差加總模組根據與第一/第二輸出電壓有關的第一/第二回授電壓來調整第一/第二脈寬調變訊號，有效降低採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式的單電感多輸出(Single Inductor Multiple Output, SIMO)電壓轉換電路的交越變動效應(Cross regulation effect)，以提升其電壓轉換效能。
S10~S16:步驟 S120~S126:步驟 1:電壓轉換電路 L:輸出電感 IL:電感電流 VL:電感電壓 VIN:輸入電壓 VOP:第一輸出電壓 VON:第二輸出電壓 11:第一誤差放大器 12:第二誤差放大器 13:誤差加總模組 14:零電流感測模組 15:斜波產生模組 16:電流感測模組 17:合成模組 18:脈寬調變產生模組 19:控制模組 130:第一電壓-電流轉換單元 131:第二電壓-電流轉換單元 132:解碼單元 133:電流鏡單元 1301:電壓隨耦器 1302:開關 1303:電流鏡 M1:第一開關 M2:第二開關 M3:第三開關 M4:第四開關 M5:第五開關 RP1:第一分壓電阻 RP2:第二分壓電阻 RN1:第三分壓電阻 RN2:第四分壓電阻 COP:第一輸出電容 IOP:第一輸出電流源 CON:第二輸出電容 ION:第二輸出電流源 VCLK:時脈訊號 VREF1:參考電壓 VREF2:參考電壓 VREF3:參考電壓 VFP:第一回授電壓 VFN:第二回授電壓 VEP:第一誤差訊號 VEN:第二誤差訊號 VESUM1:第一誤差調變訊號 VESUM2:第二誤差調變訊號 VSAW:鋸齒訊號 IZC:零電流感測訊號 VZC:零電流電壓訊號 VPWM1:第一脈寬調變訊號 VPWM2:第二脈寬調變訊號 VGP:第一控制訊號 VGN:第二控制訊號 VSL:斜波訊號 VCS:電流感測訊號 R:電阻 GND:接地端 IEP:第一電流訊號 IEN:第二電流訊號 ISUM1:第一加總電流 ISUM2:第二加總電流 K:倍率常數 SW1~SW2:開關 t1~t11:時間 T:週期 IPEAK:電流峰值 IOPDC:電流值 D1T~D4T:期間 C:低電壓位準
本發明所附圖式說明如下： 圖1繪示根據本發明之一較佳具體實施例中之電壓轉換電路的示意圖。 圖2A繪示誤差加總模組之一實施例。 圖2B繪示第一電壓-電流轉換單元之一實施例。 圖3繪示電壓轉換電路中之各訊號的時序圖。 圖4繪示根據本發明之另一較佳具體實施例中之電壓轉換電路控制方法的流程圖。 圖5繪示圖4中之步驟S12包括步驟S120~S126的流程圖。
S10~S16:步驟

Claims (20)

  1. 一種電壓轉換電路，包括一輸出電感且接收一輸入電壓並分別輸出極性相反的一第一輸出電壓及一第二輸出電壓，該電壓轉換電路還包括： 一第一誤差放大器，用以分別接收一第一回授電壓及一第一參考電壓並輸出一第一誤差訊號，其中該第一回授電壓與該第一輸出電壓有關； 一第二誤差放大器，用以分別接收一第二回授電壓及一第二參考電壓並輸出一第二誤差訊號，其中該第二回授電壓與該第二輸出電壓有關； 一誤差加總(Error summing)模組，分別耦接該第一誤差放大器及該第二誤差放大器，用以分別接收該第一誤差訊號及該第二誤差訊號，並根據該第一誤差訊號與該第二誤差訊號分別產生一第一誤差調變訊號及一第二誤差調變訊號； 一脈寬調變產生模組，耦接該誤差加總模組，用以分別接收該第一誤差調變訊號、該第二誤差調變訊號及一鋸齒訊號並根據該第一誤差調變訊號、該第二誤差調變訊號及該鋸齒訊號分別產生一第一脈寬調變訊號及一第二脈寬調變訊號； 一控制模組，耦接該脈寬調變產生模組，用以分別接收該第一脈寬調變訊號與該第二脈寬調變訊號並據以分別產生一第一控制訊號及一第二控制訊號； 一第一開關，耦接於該輸入電壓與該輸出電感之一第一端之間，且其操作係受控於該第一控制訊號； 一第二開關，耦接於該輸出電感之一第二端與一接地端之間，且其操作係受控於該第二控制訊號； 一第三開關，耦接於該第二輸出電壓與該輸出電感之該第一端之間，且其操作係受控於該第二控制訊號； 一第四開關，耦接於該第一輸出電壓與該輸出電感之該第二端之間，且其操作係受控於該第一控制訊號；以及 一第五開關，耦接於該輸出電感之該第一端與該接地端之間，且其操作係受控於該第二控制訊號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，其中該第一誤差調變訊號係用來決定一充電期間長度，以得到一最大輸入電荷量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，其中該第二誤差調變訊號係用來決定切換至另一輸出之一切換時間，以維持電荷守恆。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，其中該脈寬調變產生模組還接收一零電流感測訊號並輸出一零電流電壓訊號至該控制模組，且該零電流電壓訊號係用來決定該輸出電感是否進入零電流狀態。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的電壓轉換電路，還包括： 一零電流感測模組，耦接至該輸出電感之該第二端與該第四開關之間且耦接該脈寬調變產生模組，用以感測該輸出電感之該第二端與該第四開關之間的電流是否為零，以提供該零電流感測訊號至該脈寬調變產生模組，其中該控制模組根據該零電流電壓訊號調整該第一控制訊號與該第二控制訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，還包括： 一第一分壓電阻及一第二分壓電阻，串接於該第一輸出電壓與該接地端之間，該第一誤差放大器之一輸入端耦接至該第一分壓電阻與該第二分壓電阻之間，以接收該第一回授電壓；以及 一第三分壓電阻及一第四分壓電阻，串接於該第二輸出電壓與一預設電壓之間，該第二誤差放大器之一輸入端耦接至該第三分壓電阻與第四分壓電阻之間，以接收該第二回授電壓。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，還包括： 一合成模組，耦接該脈寬調變產生模組，用以分別接收一電流感測訊號及一斜波訊號並據以產生該鋸齒訊號至該脈寬調變產生模組。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的電壓轉換電路，還包括： 一斜波產生模組，耦接該合成模組，用以接收一時脈訊號並根據該時脈訊號產生該斜波訊號至該合成模組；以及 一電流感測模組，耦接至該輸出電感之該第二端與該第二開關之間且耦接該合成模組，用以感測該輸出電感之該第二端與該第二開關之間的電流並據以產生該電流感測訊號至該合成模組。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，還包括： 一第一輸出電容，其一端耦接至該第四開關與該第一輸出電壓之間且其另一端耦接該接地端； 一第一輸出電流源，其一端耦接至該第四開關與該第一輸出電壓之間且其另一端耦接該接地端； 一第二輸出電容，其一端耦接至該第三開關與該第二輸出電壓之間且其另一端耦接該接地端；以及 一第二輸出電流源，其一端耦接至該第三開關與該第二輸出電壓之間且其另一端耦接該接地端。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，其中該誤差加總模組包括： 一第一電壓-電流轉換單元，耦接該第一誤差放大器，用以將該第一誤差訊號轉換為一第一電流訊號； 一第二電壓-電流轉換單元，耦接該第二誤差放大器，用以將該第二誤差訊號轉換為一第二電流訊號； 一第一電阻單元，其第一端分別耦接該第一電壓-電流轉換單元及該第二電壓-電流轉換單元之輸出端且其第二端耦接至接地端，該第一電流訊號與該第二電流訊號合成為一第一加總電流流經該第一電阻單元，以產生該第一誤差調變訊號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的電壓轉換電路，其中該誤差加總模組還包括： 一解碼單元(Decoder)，用以根據該輸入電壓及該第一輸出電壓/該第二輸出電壓產生一倍率常數； 一電流鏡單元(Current mirror)，分別耦接該第一電壓-電流轉換單元、該第二電壓-電流轉換單元及該解碼單元，用以根據該第一電流訊號、該第二電流訊號及該倍率常數產生一第二加總電流；以及 一第二電阻單元，耦接於該電流鏡單元與接地端之間，該第二加總電流流經該第二電阻單元，以產生該第二誤差調變訊號。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的電壓轉換電路，係為一單電感雙極性輸出(Single-Inductor Bipolar Output, SIBO)直流-直流電壓轉換器(DC-DC converter)且其採用有序功率分配控制(Ordered Power Distributive Control, OPDC)的時序控制方式。
  13. 一種電壓轉換電路控制方法，用以控制包括一輸出電感的一電壓轉換電路接收一輸入電壓並分別輸出極性相反的一第一輸出電壓及一第二輸出電壓，該電壓轉換電路控制方法包括下列步驟： (a)根據一第一回授電壓及一第一參考電壓提供一第一誤差訊號，其中該第一回授電壓與該第一輸出電壓有關； (b)根據一第二回授電壓及一第二參考電壓提供一第二誤差訊號，其中該第二回授電壓與該第二輸出電壓有關； (c)根據該第一誤差訊號與該第二誤差訊號分別提供一第一誤差調變訊號及一第二誤差調變訊號； (d)根據該第一誤差調變訊號、該第二誤差調變訊號及一鋸齒訊號分別提供一第一脈寬調變訊號及一第二脈寬調變訊號； (e)根據該第一脈寬調變訊號與該第二脈寬調變訊號分別提供一第一控制訊號及一第二控制訊號； (f)透過該第一控制訊號分別控制耦接於該輸入電壓與該輸出電感之一第一端之間的一第一開關以及耦接於該第一輸出電壓與該輸出電感之該第二端之間的一第四開關；以及 (g)透過該第二控制訊號分別控制耦接於該輸出電感之一第二端與一接地端之間的一第二開關、耦接於該第二輸出電壓與該輸出電感之該第一端之間的一第三開關以及耦接於該輸出電感之該第一端與該接地端之間的一第五開關。
  14. 如申請專利範圍第13項所述的電壓轉換電路控制方法，其中該第一誤差調變訊號係用來決定一充電期間長度，以得到一最大輸入電荷量。
  15. 如申請專利範圍第13項所述的電壓轉換電路控制方法，其中該第二誤差調變訊號係用來決定切換至另一輸出之一切換時間，以維持電荷守恆。
  16. 如申請專利範圍第13項所述的電壓轉換電路控制方法，還包括： 感測該輸出電感之該第二端與該第四開關之間的電流是否為零，以提供一零電流感測訊號； 根據該零電流感測訊號提供一零電流電壓訊號，且該零電流電壓訊號係用來決定該輸出電感是否進入零電流狀態；以及 根據該零電流電壓訊號調整該第一控制訊號與該第二控制訊號。
  17. 如申請專利範圍第13項所述的電壓轉換電路控制方法，其中該第一回授電壓為該第一輸出電壓的分壓且該第二回授電壓為該第二輸出電壓的分壓。
  18. 如申請專利範圍第13項所述的電壓轉換電路控制方法，其中該鋸齒訊號係根據一電流感測訊號及一斜波訊號所產生，且該斜波訊號係根據一時脈訊號所產生，該電流感測訊號係根據從該輸出電感之該第二端與該第二開關之間感測到的電流所產生。
  19. 如申請專利範圍第13項所述的電壓轉換電路控制方法，其中步驟(c)包括： (c1)分別將該第一誤差訊號及該第二誤差訊號轉換為一第一電流訊號及一第二電流訊號；以及 (c2)根據該第一電流訊號與該第二電流訊號得到一第一加總電流流經一第一電阻單元，以產生該第一誤差調變訊號。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的電壓轉換電路控制方法，其中步驟(c)還包括： (c3)根據該輸入電壓及該第一輸出電壓/該第二輸出電壓產生一倍率常數；以及 (c4)根據該第一電流訊號、該第二電流訊號及該倍率常數產生一第二加總電流流經一第二電阻單元，以產生該第二誤差調變訊號。
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