TWI473400B - 直流轉直流控制器及其控制方法 - Google Patents

直流轉直流控制器及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI473400B
TWI473400B TW101149170A TW101149170A TWI473400B TW I473400 B TWI473400 B TW I473400B TW 101149170 A TW101149170 A TW 101149170A TW 101149170 A TW101149170 A TW 101149170A TW I473400 B TWI473400 B TW I473400B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
voltage
signal
output voltage
transient
output
Prior art date
Application number
TW101149170A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201427244A (zh
Inventor
Chu Yi Chiang
Hua Chiang Huang
Original Assignee
Upi Semiconductor 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 Upi Semiconductor Corp filed Critical Upi Semiconductor Corp
Priority to TW101149170A priority Critical patent/TWI473400B/zh
Priority to US13/798,171 priority patent/US8947065B2/en
Publication of TW201427244A publication Critical patent/TW201427244A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI473400B publication Critical patent/TWI473400B/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
    • 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
    • H02M3/1566—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 with means for compensating against rapid load changes, e.g. with auxiliary current source, with dual mode control or with inductance variation
    • 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
    • H02M3/1584—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 with a plurality of power processing stages connected in parallel

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

直流轉直流控制器及其控制方法
本發明是有關於一種直流轉直流控制技術，且特別是有關於一種直流轉直流控制器及其控制方法。
圖1為現有直流轉直流轉換器之電路方塊圖。此直流轉直流轉換器100將輸入電壓VDD 轉換為輸出電壓VOUT ，且此直流轉直流轉換器100具有偵測電路110，用以偵測輸出電壓VOUT ，其中當偵測此輸出電壓VOUT 有快速的抽載現象，則輸出一邏輯高位準至邏輯電路120。接著，邏輯電路120根據此邏輯高位準，強迫輸出級130內的金屬氧化半導體導通，並且通過降壓式電路140來提供負載端所需的電流。
此直流轉直流轉換器100具有兩個回路，其一回路經由回授電路150，而另一回路經由偵測電路110。習知驅動的作法中因使用這兩條回路，而且邏輯電路120會根據偵測電路110的邏輯高位準去強迫輸出級130導通。這種作法將影響到回授電路150的輸出變得不那麼重要，所以整體作法是較為粗糙的，也會無法維持回授電路150的單一回路的完整性，所以習知驅動技術仍有改進的空間。
有鑑於此，本發明提出一種直流轉直流應用之控制器與轉換器、多相控制器與多相轉換器，藉以解決先前技術 所述及的問題。
本發明提出一種直流轉直流控制器，其耦接輸出級。輸出級接收輸入電壓且提供輸出電壓。直流轉直流控制器包括暫態升壓式電路、斜坡振盪器、組合邏輯電路、第一比較器以及脈寬調變產生器。暫態升壓式電路根據輸出電壓之變動產生一調整信號。組合邏輯電路耦接暫態升壓式電路，根據調整信號控制斜坡振盪器，以產生斜坡信號。第一比較器耦接組合邏輯電路，根據輸出電壓相關之一輸出回授電壓與斜坡信號產生第一信號。脈寬調變產生器耦接第一比較器，根據此第一信號產生一脈寬調變信號，以控制輸出級之操作。
在本發明的一實施例中，暫態升壓式電路包括補償調整電路以及第二比較器。補償調整電路接收輸出電壓以產生暫態升壓式電壓，其中暫態升壓式電壓具有對應輸出電壓之穩態的電壓補償。第二比較器比較輸出電壓及暫態升壓式電壓以產生調整信號。並且，當暫態升壓式電壓高於輸出電壓，則調整信號為邏輯高位準，以及當暫態升壓式電壓低於輸出電壓，則調整信號為邏輯低位準。
在本發明的一實施例中，當調整信號為邏輯高位準時，組合邏輯電路控制斜坡振盪器而使得斜坡信號維持於第一預設位準，其中第一預設位準低於與輸出電壓相關之誤差信號之位準。
在本發明的一實施例中，補償調整電路包括第一電容、電流源以及電阻。第一電容耦接第二比較器之第一輸 入端，用以維持暫態升壓式電壓。電流源耦接第二比較器之第一輸入端，用以產生一電流。電阻耦接於第二比較器之第一輸入端與第二輸入端之間，用以產生電壓補償。其中，將電阻之阻抗乘上電流，產生電壓補償。
在本發明的一實施例中，暫態升壓式電路包括第二電容以及第三比較器。第二電容用以維持一暫態升壓式電壓。第三比較器具有耦接輸出電壓之第一輸入端及耦接第二電容之第二輸入端，且具有一補償電壓源於第三比較器之第一輸入端及第二輸入端之間，第三比較器比較輸出電壓及暫態升壓式電壓，以產生調整信號。其中，當暫態升壓式電壓高於輸出電壓，則調整信號為邏輯高位準，以及當暫態升壓式電壓低於輸出電壓，則調整信號為邏輯低位準。
本發明另提出一種直流轉直流控制方法，用以使輸出級在接收輸入電壓之後能夠提供輸出電壓。直流轉直流控制方法包括下列步驟：根據輸出電壓之變動產生調整信號；根據調整信號產生斜坡信號；根據與輸出電壓相關之輸出回授電壓以及斜坡信號產生第一信號；以及根據第一信號產生脈寬調變信號，以控制輸出級之操作。
在本發明的一實施例中，根據輸出電壓之變動產生調整信號的步驟更包括：接收輸出電壓以產生暫態升壓式電壓，其中暫態升壓式電壓具有對應輸出電壓之穩態的電壓補償；以及比較輸出電壓及暫態升壓式電壓以產生調整信號。
在本發明的一實施例中，當暫態升壓式電壓高於輸出電壓，則調整信號為邏輯高位準，以及當暫態升壓式電壓低於輸出電壓，則調整信號為邏輯低位準。
在本發明的一實施例中，當調整信號為邏輯高位準時，根據調整信號產生斜坡信號的步驟更包括：將斜坡信號維持於第一預設位準，其中第一預設位準低於與輸出電壓相關之誤差信號之位準。
基於上述，本發明因採用偵測輸出電壓的暫態變動來產生調整信號，並根據此調整信號控制斜坡振盪器來產生斜坡信號，其中當調整信號為邏輯高位準時，組合邏輯電路控制斜坡振盪器而使得斜坡信號維持於第一預設位準，其中第一預設位準低於與輸出電壓相關之誤差信號之位準(例如，將斜坡信號迅速拉至零)並且維持一預設時間，而在預設時間之後且當調整信號回復為邏輯低位準時，再以周期性產生所述斜坡信號。因此，本發明可以增進暫態反應而迅速地提供電流。另一方面，也避免以習知開路方式影響回授電路的閉回路控制，而可以維持單一回路控制的完整性。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
現將詳細參考本發明之實施例，並在附圖中說明所述實施例之實例。另外，在圖式及實施方式中使用相同或類似標號的元件/構件代表相同或類似部分。
圖2是依照本發明一實施例之單相直流轉直流轉換器的示意圖。請參閱圖2。此單相直流轉直流轉換器(DC-DC converter)200包括直流轉直流控制器(DC-DC controller)210、輸出級(switch device)270、降壓式電路(buck circuit)280、回授電路(feedback circuit)290以及誤差放大器(error amplifier)292。直流轉直流轉換器200適用於轉換輸入電壓VDD 為輸出電壓VOUT 。並且所述直流轉直流控制器210包括暫態升壓式電路(transient boost circuit)220、組合邏輯電路(combination logic circuit)230、斜坡振盪器(ramp oscillator)240、第一比較器(first comparator)250以及脈寬調變產生器(pulse-width-modulation(PWM)generator)260。
更清楚來說，組合邏輯電路230耦接至暫態升壓式電路220與斜坡振盪器240。第一比較器250耦接組合邏輯電路230的輸出。脈寬調變產生器260耦接第一比較器250的輸出。輸出級270耦接脈寬調變產生器260的輸出。降壓式電路280耦接輸出級270的輸出。
回授電路290可包括多個電阻(未繪示)，所述電阻用來分壓輸出電壓VOUT ，產生回授電壓VFB 。誤差放大器292比較回授電壓VFB 及參考電壓VREF ，產生與輸出電壓VOUT 相關的誤差信號VCOMP (輸出回授電壓)。
圖3是依照本發明一實施例之定頻架構的波形示意圖。請合併參照圖2和圖3。暫態升壓式電路220接收輸出電壓VOUT ，根據輸出電壓VOUT 之變動產生調整信號 VADJ ，其中當調整信號VADJ 為邏輯高位準時表示偵測到抽載的暫態現象。組合邏輯電路230根據調整信號VADJ 控制斜坡振盪器240來產生斜坡信號VRAMP ，而斜坡信號VRAMP 的波形可為鋸齒形或三角形。當調整信號VADJ 為邏輯高位準時，組合邏輯電路230控制斜坡振盪器240而使得斜坡信號VRAMP 維持於第一預設位準，其中第一預設位準低於與輸出電壓相關之誤差信號VCOMP 之位準。例如將斜坡信號VRAMP 迅速拉至零(或拉至最低)並且維持一預設時間t1，而在過了預設時間t1之後且當調整信號VADJ 回復為邏輯低位準時，再以周期性產生鋸齒形或三角形的斜坡信號VRAMP 。
另外，暫態升壓式電路220可包括補償調整(offset adjustment)電路222及比較器224。補償調整電路222接收輸出電壓VOUT ，然後產生一暫態升壓式電壓TB ，此電壓具有對應輸出電壓VOUT 之補償電壓。比較器224在反相端接收輸出電壓VOUT 及非反相端接收暫態升壓式電壓TB ，以及比較輸出電壓VOUT 及暫態升壓式電壓TB 來產生調整(adjusting)信號VADJ 。
第一比較器250根據關聯於輸出電壓VOUT 的誤差信號VCOMP 與斜坡信號VRAMP 產生第一信號V1 。當誤差信號VCOMP 高於斜坡信號VRAMP 時，第一比較器250所產生的第一信號V1 為邏輯高位準的脈波。脈寬調變產生器260根據第一信號V1 產生脈寬調變信號SPWM1 ，用來驅動輸出級270。從整體電路觀之，利用組合邏輯電路230可以避 免調整信號VADJ 的優先權高於誤差信號VCOMP ，從而使直流轉直流控制器210的控制較為圓潤且流暢，而能以單一回路進行控制。
接著，輸出級270根據脈寬調變信號SPWM1 轉換輸入電壓VDD 為驅動信號SDRIVE ，從而降壓式電路280可以根據驅動信號SDRIVE 來產生輸出電壓VOUT 。此輸出電壓VOUT 可供應至由直流電所驅動之負載。
在本實施例中，輸出級270可包括驅動器272及274，以及N型金氧半導體(NMOS)電晶體276及278。驅動器272及274接收脈寬調變信號SPWM1 而轉換為開關信號，用以導通N型金氧半導體電晶體276及278之一者。N型金氧半導體電晶體276及278可根據開關信號轉換輸入電壓VDD 為驅動信號SDRIVE ，其中驅動信號SDRIVE 為位於金氧半導體電晶體276及278之間的節點電壓。因此，當金氧半導體電晶體276導通(turn on)且金氧半導體電晶體278不導通(turn off)時，驅動信號SDRIVE 等同於輸入電壓VDD ；當金氧半導體電晶體278為導通及金氧半導體電晶體276為不導通時，驅動信號SDRIVE 等同於接地電壓GND。
圖4是依照本發明一實施例之暫態升壓式電路220。請參閱圖4。補償調整電路222可包括電流源202、電阻204及電容206。在輸出電壓VOUT 及暫態升壓式電壓TB 間之輸入補償電壓VOFFSET ，取決於電阻204之阻抗值及電流源202所產生之電流。電阻204及電容206共同組成低 通濾波器(low pass filter，LPF)可穩定暫態升壓式電壓TB ，所以具有對應穩態之輸出電壓VOUT 之補償電壓VOFFSET 可用來修正暫態升壓式電壓TB 。請參閱圖5，當未改變負載連接直流轉直流轉換器200時，輸出電壓VOUT 保持初始穩態，且暫態升壓式電路220具有對應輸出電壓VOUT 之補償電壓VOFFSET 之暫態升壓式電壓TB 。當輸出電壓VOUT 因電流負載而下降時，暫態升壓式電壓TB 則因為低通濾波器而無法立即被響應。因此，若輸出電壓VOUT 下降至低於暫態升壓式電壓TB ，比較器224產生邏輯高位準的脈波作為調整信號VADJ 。相反地，若輸出電壓VOUT 變得高於暫態升壓式電壓TB ，比較器224產生邏輯低位準的信號作為調整信號VADJ 。正脈波的調整信號VADJ 將強制金氧半導體電晶體272為導通，藉以拉升(pulling up)輸出電壓VOUT ，以供應更多電流至負載。本實施例優點之一為暫態升壓式電路220於電流負載元件之響應較快於脈寬調變信號SPWM1 ，其因為誤差信號VCOMP 會隨著輸出電壓VOUT (具有時間延遲)而變化。
圖6是依照本發明另一實施例之暫態升壓式電路220。請參閱圖6。比較器224A可執行補償調整。比較器224A之內部具有補償電壓源208，且補償電壓源208通常在輸入的輸出電壓VOUT 與暫態升壓式電壓TB 之間，供應輸入補償電壓VOFFSET1 ，及電容212常用於穩定暫態升壓式電壓TB 。為執行內部補償電壓源208於比較器224A中，可將比較器224A之輸入級電晶體尺寸製造成不匹配，以 產生輸入補償。例如，補償電壓可設為100~200mV，其補償值可根據實際執行的設計規則而決定。
請再參閱圖3。在圖3中所繪示的虛線為如習知圖1架構的波形，而實線為本發明實施例架構的波形。定頻架構中的三角波是周期性發生，而調整信號VADJ 產生時，表示輸出電壓VOUT 之暫態發生。組合邏輯電路230將斜坡信號VRAMP 迅速拉至零(或拉至最低)並且維持一段預設時間t1。因此在預設時間t1的期間，實線的斜坡信號為零，且誤差信號VCOMP 無論如何都比斜坡信號VRAMP 為高，圖2中的脈寬調變產生器260在此段時間所產生的脈寬調變信號SPWM1 可以將邏輯高位準的時間延長，如此一來能夠加速暫態的響應。而在當調整信號VADJ 的脈波結束，則脈寬調變產生器260會產生正常脈波的PWM波形。
承上述，圖3中的脈寬調變信號SPWM2 為對照用的波形，且脈寬調變信號SPWM2 係為圖1的邏輯電路120的輸出。本發明實施例的脈寬調變信號SPWM1 在暫態發生期間可以有較長的時間維持在邏輯高位準，從而直流轉直流轉換器200可以供應更多電流至負載。
圖7是依照本發明一實施例之恆定導通時間架構的波形示意圖。請參閱圖7。相較於圖3，此處的斜坡信號VRAMP 的波形為倒三角形。應用恆定導通時間架構的直流轉直流轉換器200，當負載電流ILOAD 增加時，亦即有暫態升壓式電壓TB 發生而產生正脈波的調整信號VADJ 。組合邏輯電路230可將斜坡信號VRAMP 迅速拉至谷底並維持一固定的 預設時間t1。在拉到谷底的期間，第一比較器250可以根據兩信號的比較，得知誤差信號VCOMP 高於斜坡信號VRAMP ，而可以使脈寬調變產生器260一直產生出PWM脈波的脈寬調變信號SPWM1 。在本實施例中，比起習知的脈寬調變信號SPWM1 ，在暫態期間可以多出一個PWM脈波。另外，每一個PWM脈波的高位準的導通時間TON 是固定，且至少相隔一個最小的關閉時間，而不像圖3的方式直接將邏輯高位準的時間延長。
再者，圖7的脈寬調變信號SPWM1 在暫態發生期間比起習知技術可以有較長的時間維持在邏輯高位準，因此應用恆定導通時間架構的直流轉直流轉換器200可以供應更多電流至負載。
圖8是依照本發明一實施例之多相直流轉直流轉換器的示意圖。請參閱圖8。多相直流轉直流轉換器800的架構與工作方式類似於圖2的直流轉直流轉換器200。而直流轉直流轉換器800包括直流轉直流控制器810、多個輸出級872~878、降壓式電路880、回授電路890以及誤差放大器892。此直流轉直流轉換器800適用於以多相通道轉換輸入電壓VDD 為輸出電壓VOUT ，其中每一輸出級的輸出相當於一相通道，而多個輸出級的輸出形成多相通道。並且所述直流轉直流控制器810包括暫態升壓式電路820、組合邏輯電路830、斜坡振盪器840、第一比較器852~858，以及脈寬調變產生器860。
組合邏輯電路830耦接暫態升壓式電路820與斜坡振 盪器840。這些第一比較器852~858耦接組合邏輯電路830與脈寬調變產生器860。多個輸出級872~878耦接脈寬調變產生器860。降壓式電路880耦接這些輸出級872~878的輸出。
回授電路890可包括多個電阻(未繪示)，所述電阻用來分壓輸出電壓VOUT ，產生回授電壓VFB 。誤差放大器892比較回授電壓VFB 及參考電壓VREF ，產生關聯於輸出電壓VOUT 的誤差信號VCOMP 。暫態升壓式電路820的工作原理與圖2的暫態升壓式電路220相同，可根據輸出電壓VOUT 之變動產生調整信號VADJ 。暫態升壓式電路820包括補償調整電路822及比較器824。補償調整電路822接收輸出電壓VOUT ，然後產生一暫態升壓式電壓TB ，此電壓具有對應輸出電壓VOUT 之補償電壓。比較器824在反相端接收輸出電壓VOUT 及非反相端接收暫態升壓式電壓TB ，以及比較輸出電壓VOUT 及暫態升壓式電壓TB 來產生調整信號VADJ 。
組合邏輯電路830根據調整信號VADJ 控制斜坡振盪器840，以產生多個斜坡信號VRAMP1 ~VRAMP4 至對應的第一比較器852~858的非反相端。第一比較器852~858的每一者的反相端接收關聯於輸出電壓VOUT 的誤差信號VCOMP 。而第一比較器852~858的每一者根據關聯於輸出電壓VOUT 的誤差信號VCOMP 與對應其的斜坡信號VRAMP1 ~VRAMP4 的一者產生各自的第一信號(V11 ~V14 )。脈寬調變產生器860根據這些第一信號產V11 ~V14 產生多個脈寬 調變信號SPWM11 ~SPWM14 。這些輸出級872~878根據這些脈寬調變信號SPWM11 ~SPWM14 以多個通道方式轉換輸入電壓VDD 為驅動信號SDRIVE1 ~SDRIVE4 。接著，降壓式電路880根據這些驅動信號SDRIVE1 ~SDRIVE4 輸出能量至負載端，藉以產生足額的輸出電壓VOUT 。
在此值得一提的是，在圖8實施例中是採取四個第一比較器852~858，接著產生四個PWM相位的脈寬調變信號SPWM11 ~SPWM14 ，此實施例僅用來示意一種多相直流轉直流轉換器，而且多相的數量可以改變，並不限制於四相，例如八相或是十六相。一切端視實際設計需求而論。
基於上述實施例所揭示的內容，可以彙整出一種通用的直流轉直流控制方法。更清楚來說，圖9繪示為本發明一實施例之直流轉直流控制方法的流程圖。為了方便說明，請合併參閱圖2和圖9，本實施例之直流轉直流控制方法可以包括以下步驟：如步驟S901所示，根據輸出電壓VOUT 之變動產生一調整信號VADJ 。
其次，如步驟S903所示，根據調整信號VADJ 產生一斜坡信號VRAMP 。
接著，如步驟S905所示，根據與該輸出電壓相關之輸出回授電壓(例如誤差信號VCOMP )以及斜坡信號VRAMP 產生第一信號V1 。
然後，如步驟S907所示，根據第一信號V1 產生一脈寬調變信號SPWM1 ，以控制輸出級270之操作。
此外，執行步驟S901的詳細方式可以如下：接收輸出電壓VOUT 以產生暫態升壓式電壓TB ，其中暫態升壓式電壓TB 具有對應輸出電壓VOUT 之穩態的電壓補償；以及比較輸出電壓VOUT 及暫態升壓式電壓TB 以產生調整信號VADJ 。
此外，當暫態升壓式電壓TB 高於輸出電壓VOUT ，則調整信號VADJ 為邏輯高位準，而當暫態升壓式電壓TB 低於輸出電壓VOUT ，則調整信號VADJ 為邏輯低位準。再者，當調整信號VADJ 為邏輯高位準時，還可將斜坡信號VRAMP 維持於第一預設位準，其中第一預設位準必需低於與輸出電壓VOUT 相關之誤差信號VCOMP 之位準。
綜上所述，本發明實施例因採用偵測輸出電壓的暫態變動來產生調整信號，並根據此調整信號控制斜坡振盪器來產生斜坡信號，其中當調整信號為邏輯高位準時，組合邏輯電路控制斜坡振盪器而使得斜坡信號維持於第一預設位準，其中第一預設位準低於與輸出電壓相關之誤差信號之位準(例如，將斜坡信號迅速拉至零)並且維持一預設時間，而在預設時間之後且當調整信號回復為邏輯低位準時，再以周期性產生所述斜坡信號。因此，本發明可以增進暫態反應而迅速地提供電流。另一方面，也避免以習知開路方式影響回授電路的閉回路控制，而可以維持單一回路控制的完整性。
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。
100‧‧‧直流轉直流轉換器
110‧‧‧偵測電路
120‧‧‧邏輯電路
130‧‧‧輸出級
140‧‧‧降壓式電路
150‧‧‧回授電路
200‧‧‧(單相)直流轉直流轉換器
202‧‧‧電流源
204‧‧‧電阻
206‧‧‧電容
208‧‧‧補償電壓源
210、810‧‧‧直流轉直流控制器
220、820‧‧‧暫態升壓式電路
222、822‧‧‧補償調整電路
224、824‧‧‧比較器
230、830‧‧‧組合邏輯電路
240、840‧‧‧斜坡振盪器
250、852~858‧‧‧第一比較器
260、860‧‧‧脈寬調變產生器
270、872~878‧‧‧輸出級
272、274‧‧‧驅動器
276、278‧‧‧N型金氧半導體電晶體
280‧‧‧降壓式電路
290‧‧‧回授電路
292‧‧‧誤差放大器
800‧‧‧(多相)直流轉直流轉換器
ILOAD ‧‧‧負載電流
SDRIVE 、SDRIVE1 ~SDRIVE4 ‧‧‧驅動信號
SPWM1 、SPWM2 、SPWM11 ~SPWM14 ‧‧‧脈寬調變信號
S901~S907‧‧‧本發明一實施例之直流轉直流轉換方法的各步驟
TB ‧‧‧暫態升壓式電壓
TON ‧‧‧導通時間
t1‧‧‧預設時間
VADJ ‧‧‧調整信號
VCOMP ‧‧‧誤差信號
VDD ‧‧‧輸入電壓
VFB ‧‧‧回授電壓
VOUT ‧‧‧輸出電壓
VOFFSET 、VOFFSET1 ‧‧‧補償電壓
VRAMP ‧‧‧斜坡信號
V1 、V11 ~V14 ‧‧‧第一信號
下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，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說明本發明的原理。
圖1為現有直流轉直流轉換器之電路方塊圖。
圖2是依照本發明一實施例之單相直流轉直流轉換器的示意圖。
圖3是依照本發明一實施例之定頻架構的波形示意圖。
圖4是依照本發明一實施例之暫態升壓式電路。
圖5是依照本發明一實施例之暫態升壓式電路的波形示意圖。
圖6是依照本發明另一實施例之暫態升壓式電路。
圖7是依照本發明一實施例之恆定導通時間架構的波形示意圖。
圖8是依照本發明一實施例之多相直流轉直流轉換器的示意圖。
圖9繪示為本發明一實施例之直流轉直流控制方法的流程圖。
200‧‧‧直流轉直流轉換器
210‧‧‧直流轉直流控制器
220‧‧‧暫態升壓式電路
222‧‧‧補償調整電路
224‧‧‧比較器
230‧‧‧組合邏輯電路
240‧‧‧斜坡振盪器
250‧‧‧第一比較器
260‧‧‧脈寬調變產生器
270‧‧‧輸出級
272、274‧‧‧驅動器
276、278‧‧‧N型金氧半導體電晶體
280‧‧‧降壓式電路
290‧‧‧回授電路
292‧‧‧誤差放大器
ILOAD ‧‧‧負載電流
SDRIVE ‧‧‧驅動信號
SPWM1 ‧‧‧脈寬調變信號
TB ‧‧‧暫態升壓式電壓
VADJ ‧‧‧調整信號
VCOMP ‧‧‧誤差信號
VDD ‧‧‧輸入電壓
VFB ‧‧‧回授電壓
VOUT ‧‧‧輸出電壓
VRAMP ‧‧‧斜坡信號
V1 ‧‧‧第一信號

Claims (12)

  1. 一種直流轉直流控制器，耦接一輸出級，該輸出級接收一輸入電壓且提供一輸出電壓，該直流轉直流控制器包括：一暫態升壓式電路，根據該輸出電壓之變動產生一調整信號；一斜坡振盪器；一組合邏輯電路，耦接該暫態升壓式電路與該斜坡振盪器，根據該調整信號控制該斜坡振盪器，以產生一斜坡信號；一第一比較器，耦接該組合邏輯電路，且根據與該輸出電壓相關之一輸出回授電壓以及該斜坡信號產生一第一信號；以及一脈寬調變產生器，耦接該第一比較器，根據該第一信號產生一脈寬調變信號，以控制該輸出級之操作。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉直流控制器，其中該暫態升壓式電路包括：一補償調整電路，接收該輸出電壓以產生一暫態升壓式電壓，其中該暫態升壓式電壓具有對應該輸出電壓之穩態的一電壓補償；以及一第二比較器，比較該輸出電壓及該暫態升壓式電壓以產生該調整信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之直流轉直流控制器，其中當該暫態升壓式電壓高於該輸出電壓，則該調整 信號為一邏輯高位準，以及當該暫態升壓式電壓低於該輸出電壓，則該調整信號為一邏輯低位準。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之直流轉直流控制器，其中當該調整信號為該邏輯高位準時，該組合邏輯電路控制該斜坡振盪器而使得該斜坡信號維持於一第一預設位準，其中該第一預設位準低於與該輸出電壓相關之一誤差信號之位準。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之直流轉直流控制器，其中該補償調整電路包括：一第一電容，耦接該第二比較器之第一輸入端，用以維持該暫態升壓式電壓；一電流源，耦接該第二比較器之第一輸入端，用以產生一電流；以及一電阻，耦接於該第二比較器之第一輸入端與第二輸入端之間，用以產生該電壓補償。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之直流轉直流控制器，其中將該電阻之阻抗乘上該電流，產生該電壓補償。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之直流轉直流控制器，其中該暫態升壓式電路包括：一第二電容，用以維持一暫態升壓式電壓；以及一第三比較器，具有耦接該輸出電壓之第一輸入端及耦接該第二電容之第二輸入端，且具有一補償電壓源於該第三比較器之第一輸入端及第二輸入端之間，該第三比較器比較該輸出電壓及該暫態升壓式電壓，以產生該調整信 號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之直流轉直流控制器，其中當該暫態升壓式電壓高於該輸出電壓，則該調整信號為一邏輯高位準，以及當該暫態升壓式電壓低於該輸出電壓，則該調整信號為一邏輯低位準。
  9. 一種直流轉直流控制方法，用以使一輸出級在接收一輸入電壓之後能夠提供一輸出電壓，該直流轉直流控制方法包括：根據該輸出電壓之變動產生一調整信號；根據該調整信號產生一斜坡信號；根據與該輸出電壓相關之一輸出回授電壓以及該斜坡信號產生一第一信號；以及根據該第一信號產生一脈寬調變信號，以控制該輸出級之操作。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之直流轉直流控制方法，其中根據該輸出電壓之變動產生該調整信號的步驟更包括：接收該輸出電壓以產生一暫態升壓式電壓，其中該暫態升壓式電壓具有對應該輸出電壓之穩態的一電壓補償；以及比較該輸出電壓及該暫態升壓式電壓以產生該調整信號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之直流轉直流控制方法，其中當該暫態升壓式電壓高於該輸出電壓，則該調 整信號為一邏輯高位準，以及當該暫態升壓式電壓低於該輸出電壓，則該調整信號為一邏輯低位準。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之直流轉直流控制方法，其中當該調整信號為該邏輯高位準時，根據該調整信號產生該斜坡信號的步驟更包括：將該斜坡信號維持於一第一預設位準，其中該第一預設位準低於與該輸出電壓相關之一誤差信號之位準。
TW101149170A 2012-12-21 2012-12-21 直流轉直流控制器及其控制方法 TWI473400B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101149170A TWI473400B (zh) 2012-12-21 2012-12-21 直流轉直流控制器及其控制方法
US13/798,171 US8947065B2 (en) 2012-12-21 2013-03-13 DC-DC controller and control method thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW101149170A TWI473400B (zh) 2012-12-21 2012-12-21 直流轉直流控制器及其控制方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201427244A TW201427244A (zh) 2014-07-01
TWI473400B true TWI473400B (zh) 2015-02-11

Family

ID=50973892

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW101149170A TWI473400B (zh) 2012-12-21 2012-12-21 直流轉直流控制器及其控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US8947065B2 (zh)
TW (1) TWI473400B (zh)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI470908B (zh) * 2012-08-21 2015-01-21 Upi Semiconductor Corp 控制電路、時間計算單元及控制電路操作方法
US9401639B2 (en) * 2013-09-03 2016-07-26 Intersil Americas LLC Injection locked phasing for a peak-valley multiphase regulator
US10461641B2 (en) 2018-03-01 2019-10-29 Infineon Technologies Austria Ag Reference voltage control in a power supply
US10775817B2 (en) 2018-03-01 2020-09-15 Infineon Technologies Austria Ag Reference voltage control in a power supply
KR102216799B1 (ko) * 2019-02-14 2021-02-17 성균관대학교산학협력단 벅 컨버터
WO2021035642A1 (zh) * 2019-08-29 2021-03-04 杭州士兰微电子股份有限公司 开关变换器及其控制方法和控制电路
JP7149922B2 (ja) * 2019-11-20 2022-10-07 三菱電機株式会社 パワーモジュール
CN116456528B (zh) * 2023-03-21 2023-11-03 江苏帝奥微电子股份有限公司 一种pwm调光控制系统及其方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7026800B2 (en) * 2002-10-17 2006-04-11 Richtek Technology Corp. Feed-forward method for improving a transient response for a DC—DC power conversion and DC—DC voltage converter utilizing the same
US7208921B2 (en) * 2004-02-19 2007-04-24 International Rectifier Corporation DC-DC regulator with switching frequency responsive to load
TWM414763U (en) * 2011-05-09 2011-10-21 Richtek Technology Corp Switching regulator and control circuit thereof
TWI368123B (en) * 2007-12-12 2012-07-11 Upi Semiconductor Corp Dc-dc converters and multi-phase dc-dc converters

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5406468A (en) 1993-09-02 1995-04-11 Motorola, Inc. Method for minimizing output transient responses in a power supply
TWI273761B (en) 2005-10-21 2007-02-11 Richtek Technology Corp Control circuit and method of DC-DC converter
TW201008123A (en) * 2008-08-07 2010-02-16 Richtek Technology Corp PWM power converter with improved dynamic response and its control method thereof
TWI354193B (en) * 2009-12-01 2011-12-11 Ind Tech Res Inst Voltage converting circuit and method thereof

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7026800B2 (en) * 2002-10-17 2006-04-11 Richtek Technology Corp. Feed-forward method for improving a transient response for a DC—DC power conversion and DC—DC voltage converter utilizing the same
US7208921B2 (en) * 2004-02-19 2007-04-24 International Rectifier Corporation DC-DC regulator with switching frequency responsive to load
TWI368123B (en) * 2007-12-12 2012-07-11 Upi Semiconductor Corp Dc-dc converters and multi-phase dc-dc converters
TWM414763U (en) * 2011-05-09 2011-10-21 Richtek Technology Corp Switching regulator and control circuit thereof

Also Published As

Publication number Publication date
US20140176091A1 (en) 2014-06-26
TW201427244A (zh) 2014-07-01
US8947065B2 (en) 2015-02-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI473400B (zh) 直流轉直流控制器及其控制方法
US9431906B2 (en) Voltage converter circuit and associated control method to improve transient performance
US10554127B2 (en) Control circuit and control method for multi-output DC-DC converter
US7453250B2 (en) PWM controller with dual-edge modulation using dual ramps
US7923977B2 (en) DC-DC converters with transient response control
JP5625369B2 (ja) 昇降圧ｄｃ−ｄｃコンバータおよびスイッチング制御回路
US10014780B2 (en) Multiphase switching converter
TWI483529B (zh) 多相直流對直流電源轉換器
TWI668949B (zh) 突發模式控制
EP1519473A2 (en) Synchronization of multiphase synthetic ripple voltage regulator
KR20170120605A (ko) 유한 상태 기계 제어를 사용하는 다중-레벨 스위칭 조절기 회로들 및 방법들
KR102228186B1 (ko) 피크­밸리 다상 레귤레이터용 주입 동기된 위상조정
WO2014127190A1 (en) Buck-boost converter with buck-boost transition switching control
TW201325053A (zh) 開關模式電源及其斜率補償信號產生電路和控制方法
US20140266123A1 (en) Truncated ramp waveforms in switching regulators
US9520777B2 (en) Time signal generator and time signal generating method
US9000735B2 (en) DC-DC controller and operation method thereof
KR20150131116A (ko) 스위칭 레귤레이터들에서 100 퍼센트 듀티 사이클을 위한 시스템들 및 방법
JP2020065402A (ja) スイッチングレギュレータ
US20170324323A1 (en) Single inductor dual output voltage converter and the method thereof
KR102506229B1 (ko) 스위칭 레귤레이터
TWI513153B (zh) 直流轉直流控制器及其控制方法
JP4764978B2 (ja) スイッチング電源
JP6940384B2 (ja) スイッチングレギュレータ
CN115864825A (zh) 用于控制电源的开关电容降压电路的方法和电源

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Annulment or lapse of patent due to non-payment of fees