TWI477048B - 直流對直流轉換器及其電壓轉換方法 - Google Patents

Description

直流對直流轉換器及其電壓轉換方法

本發明是有關於一種直流對直流轉換器，且特別是有關於一種可調整脈衝寬度調變訊號之脈衝寬度的直流對直流轉換器及其電壓轉換方法。

眾所周知，電腦系統中的中央處理器(CPU)、動態隨機存取記憶體(DRAM)、繪圖晶片(graphic chip)、晶片組(chip set)所使用的操作電壓皆不相同，因此，電腦系統中需要許多直流轉直流變換器用以將電源供應器提供的直流輸入電壓(例如19V)轉換成為各元件所需的操作電壓。恆定導通時間(Constant On Time,COT)穩壓器是一種直流對直流轉換器。一般而言，當回授電壓小於參考電壓時，恆定導通時間穩壓器可以在一固定週期內導通一主要開關，並可調整主要開關的不導通週期，以便能提供穩定的輸出電壓。

當恆定導通時間穩壓器的負載變化劇烈時，控制的恆定導通時間穩壓器的脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號的操作頻率亦會產生相對應的變化。舉例來說，當恆定導通時間穩壓器的負載變輕時，脈衝寬度調變訊號的頻率降低，各個脈衝間的距離變大。當恆定導通時間穩壓器的負載變的很輕時，將使得脈衝寬度調變訊號的頻率低於25kHz，此時的頻率開始進入人耳可接收的音頻範圍之內。如此一來，將使得使用者在使用各種應用恆定導通時間穩壓器的電子產品(例如手機、電腦或隨身聽等)時出現雜音干擾，進而影響到電子產品的使用品質。

本發明提供一種直流對直流轉換器及其電壓轉換方法，可在不影響轉換效率的情形下，保持脈衝寬度調變訊號的操作頻率高於人耳可接收到的音頻範圍。

本發明提出一種直流對直流轉換器，其包括調整模組、輸出模組以及控制模組。調整模組依據第一脈衝寬度調變訊號與直流對直流轉換器的輸出電壓輸出具有恆定導通時間的第二脈衝寬度調變訊號。輸出模組耦接調整模組、接地電壓與直流對直流轉換器的輸入電壓，反應第二脈衝寬度調變訊號切換接地電壓與輸入電壓，以對應輸出模組之切換將輸入電壓轉換為輸出電壓。控制模組耦接調整模組與輸出模組，偵測第二脈衝寬度調變訊號的頻率，當第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於一預設頻率時，控制輸出模組降低輸出電壓直到第二脈衝寬度調變訊號出現上升緣，並控制調整模組縮減第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度。

在本發明之一實施例中，上述之輸出模組包括電感、切換單元以及驅動單元。電感之第一端輸出輸出電壓。切換單元耦接電感的第二端、輸入電壓與接地電壓。驅動單元耦接調整模組、控制模組以及切換單元，依據第二脈衝寬度調變訊號控制切換單元切換輸入電壓以及接地電壓，進而於電感的第一端輸出輸出電壓。

在本發明之一實施例中，上述之切換單元包括第一電晶體以及第二電晶體。第一電晶體與第二電晶體串接於輸入電壓與接地電壓之間，第一電晶體與第二電晶體之閘極耦接驅動單元，第一電晶體與第二電晶體之共同接點耦接電感的第二端，第一電晶體與第二電晶體的導通狀態受控於驅動單元，驅動單元更依據一優先權機制與控制訊號來強制導通第二電晶體，直到下一個第一脈衝寬度調變訊號提早產生。當第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於預設頻率時，驅動單元導通第二電晶體。

在本發明之一實施例中，上述之直流對直流轉換器更包括一電流偵測單元，其耦接驅動單元，偵測電感上之電流，當電感上之電流降為零時，驅動單元關閉第二電晶體，而當第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於預設頻率時且電感上之電流降為零時，驅動單元利用優先權機制強制導通第二電晶體。

在本發明之一實施例中，上述之控制模組包括頻率偵測單元以及縮減控制單元。頻率偵測單元偵測第一脈衝寬度調變訊號或第二脈衝寬度調變訊號於每一訊號週期內之上升緣的轉態時間點，當第一脈衝寬度調變訊號或第二脈衝寬度調變訊號的上升緣延遲出現時，頻率偵測單元輸出控制訊號以控制驅動單元導通第二電晶體，以觸發下一個第一脈衝寬度調變訊號提早產生。縮減控制單元耦接頻率偵測單元與調整模組，控制調整模組縮減第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度。

在本發明之一實施例中，上述之調整模組包括第一比較器、第一電流源、第一電容、D型正反器、第三電晶體以及反相器。第一比較器之負輸入端耦接上述輸出電壓。第一電流源耦接第一比較器之正輸入端，第一電流源所產生之電流正比於上述輸入電壓；第一電容耦接於第一比較器之正輸入端與接地電壓之間。D型正反器之資料輸入端耦接一第一操作電壓，D型正反器之時脈輸入端耦接第一脈衝寬度調變訊號，D型正反器之重置端耦接第一比較器之輸出端，D型正反器之資料輸出端耦接驅動單元。第三電晶體之汲極與源極分別耦接第一比較器之正輸入端與接地電壓。反相器耦接於D型正反器之資料輸出端與第三電晶體的閘極之間。

在本發明之一實施例中，上述之縮減控制單元包括可調式電流源，其耦接第一比較器之正輸入端，當第二脈衝寬度調變訊號的上升緣延遲出現時，可調式電流源依據第二脈衝寬度調變訊號的上升緣轉態延遲時間對第一電容進行充電。

在本發明之一實施例中，上述之縮減控制單元包括運算單元以及可調式電壓源。運算單元耦接於輸出電壓與第一比較器之負輸入端之間。可調式電壓源耦接於運算單元與接地電壓之間，當第二脈衝寬度調變訊號的上升緣延遲出現時，可調式電壓源依據第二脈衝寬度調變訊號的上升緣轉態延遲時間輸出一調整電壓，運算單元將輸出電壓減去調整電壓以拉低輸出電壓。

在本發明之一實施例中，上述之縮減控制單元為數位控制電路。

在本發明之一實施例中，上述之直流對直流轉換器，更包括回授單元與脈衝寬度調變訊號產生模組。回授單元耦接於直流對直流轉換器的輸出端與接地電壓之間。脈衝寬度調變訊號產生模組耦接調整模組與回授單元，依據一參考電壓與輸出電壓之分壓產生第一脈衝寬度調變訊號。

在本發明之一實施例中，上述之脈衝寬度調變訊號產生模組包括誤差放大器、補償單元、斜波產生器以及第二比較器。誤差放大器之正、負輸入端分別耦接參考電壓與阻抗單元，根據參考電壓以及輸出電壓之分壓產生一誤差訊號。補償單元耦接誤差放大器之輸出端，其用以補償誤差訊號。斜波產生器用以產生一斜波訊號。第二比較器之正、負輸入端分別耦接誤差放大器之輸出端與斜波產生器，依據誤差訊號與斜波訊號之比較結果產生第一脈衝寬度調變訊號。

本發明提出一種電壓轉換方法，適用於一直流對直流轉換器，電壓轉換方法包括下列步驟。依據第一脈衝寬度調變訊號與直流對直流轉換器的輸出電壓輸出第二脈衝寬度調變訊號；反應第二脈衝寬度調變訊號以提供輸出電壓；以及偵測第一脈衝寬度調變訊號的頻率或第二脈衝寬度調變訊號的頻率是否低於一預設頻率，其中當第一脈衝寬度調變訊號的頻率或第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於預設頻率時，降低輸出電壓，以使第一脈衝寬度調變訊號提早產生，並縮減第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度。

基於上述，本發明依據第二脈衝寬度調變訊號的頻率來控制調整模組縮減第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度，以在不影響轉換效率的情形下，保持脈衝寬度調變訊號的頻率高於人耳可接收到的音頻範圍。

為讓本發明之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。

圖1繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。請參照圖1，直流對直流轉換器100包括調整模組102、輸出模組104以及控制模組106。調整模組102耦接輸出模組104與控制模組106，控制模組106還耦接輸出模組104。輸出模組104耦接接地電壓GND、直流對直流轉換器100的輸入電壓VIN以及控制模組106。

調整模組102用以接收第一脈衝寬度調變訊號PWM1與直流對直流轉換器100的輸出電壓Vout，並依據第一脈衝寬度調變訊號PWM1與輸出電壓Vout輸出具有恆定導通時間的第二脈衝寬度調變訊號PWM2。如圖2所繪示之直流對直流轉換器中多個訊號的波形示意圖所示，每當調整模組102所接收的第一脈衝寬度調變訊號PWM1出現上升緣時，調整模組102便會輸出一具有預設脈衝寬度的第二脈衝寬度調變訊號PWM2。如此，輸出模組104便可反應第二脈衝寬度調變訊號PWM2切換接地電壓GND與輸入電壓VIN，以對應輸出模組104之切換將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓Vout。

另外，控制模組106可用來偵測第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率。在正常負載下第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率較高，亦即，每兩個脈波之間的時間較為短暫。當直流對直流轉換器100的負載為輕負載時，第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率將會降低，兩個脈衝之間的時間可能較長(例如100us)，而落入人耳可聽到的音頻範圍。

當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率低於一預設頻率時，亦即兩個脈衝之間的時間超出一預設值時(例如40us)，控制模組106輸出一控制訊號S1控制輸出模組104降低輸出電壓Vout，以使得下一個第一脈衝寬度調變訊號PWM1提早產生，進而縮短第二脈衝寬度調變訊號PWM2之脈衝間的距離，提高第二脈衝寬度調變訊號PWM2頻率。此外，控制模組106還依據第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率控制調整模組102縮減第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。如此，便可在第二脈衝寬度調變訊號PWM2頻率提高的情形下仍保持直流對直流轉換器100的電壓轉換效率，進而解決習知的直流對直流轉換器的操作頻率過低而進入人耳可接收到的音頻範圍內的問題。

在上述第二脈衝寬度調變訊號PWM2產生時，控制模組106將再度偵測第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率是否低於預設頻率，如果有，則繼續執行上述操作，直到控制模組106偵測到第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率高於預設頻率，才停止調整第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率，並維持第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。

圖3繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。請參照圖3，進一步來說，圖1之控制模組106包括縮減控制單元302與頻率偵測單元304。縮減控制單元302耦接調整模組102與頻率偵測單元304。另外，輸出模組104則包括驅動單元306、切換單元308、電感L1、及電流偵測單元108。驅動單元306耦接調整模組102、頻率偵測單元304以及切換單元308。電感L1的第一端耦接至直流對直流轉換器100的輸出端，第二端耦接切換單元308。切換單元308更耦接至直流對直流轉換器100的輸入電壓VIN與接地電壓GND。電流偵測單元108耦接至驅動單元306。

電流偵測單元108用以偵測負載電流，例如：電感L1上之電流IL。驅動單元306用以依據第二脈衝寬度調變訊號PWM2以及電流偵測單元108所偵測到的負載電流輸出開關訊號UG1與LG1，以控制切換單元308切換輸入電壓VIN與接地電壓GND，進而於電感L1的第一端輸出輸出電壓Vout。

在本實施例中，切換單元308包括第一電晶體M1與第二電晶體M2。第一電晶體M1與第二電晶體M2串接於直流對直流轉換器100的輸入電壓VIN與接地電壓GND之間，第一電晶體M1與第二電晶體M2的共同接點耦接至電感L1的第二端。第一電晶體M1與第二電晶體M2的閘極則耦接驅動單元306，以分別接收開關訊號UG1與LG1。

當第二電晶體M2為導通狀態時，第一電晶體M1為關閉狀態，當第一電晶體M1為導通狀態時，第二電晶體M2為關閉狀態，另外當電感L1上之電流IL降為零時，驅動單元306關閉第二電晶體M2。

在本實施例中，頻率偵測單元304可偵測第二脈衝寬度調變訊號PWM2於每一訊號週期內之上升緣的轉態時間點。在其他實施例中，頻率偵測單元304亦可偵測第一脈衝寬度調變訊號PWM1於每一訊號週期內之上升緣的轉態時間點。

如圖2所示，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2(或第一脈衝寬度調變訊號PWM1)的上升緣延遲出現時，頻率偵測單元304便控制調整模組102來使得驅動單元306送出開關訊號LG1至第二電晶體M2，以導通之，以觸發下一個第一脈衝寬度調變訊號PWM1提早產生。

上述第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣延遲出現係指，頻率偵測單元304在偵測到第一個第二脈衝寬度調變訊號PWM2出現後，頻率偵測單元304會判斷下一個第二脈衝寬度調變訊號PWM2是否會在預設值(例如40us)內出現，若第二脈衝寬度調變訊號PWM2在預設值後出現，則表示第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣延遲出現。

如圖2所示，換句話說，若依據預設頻率(例如25KHZ)，第二脈衝寬度調變訊號PWM2應於第二脈衝寬度調變訊號PWM2之波形上所示之虛線處轉態為高電壓邏輯準位，但由於直流對直流轉換器300之輸出端的負載變輕，因而使得第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率降低、脈衝與脈衝之間的距離變寬、第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉態為高電壓邏輯準位的時間點延後。此時頻率偵測單元304將高電壓邏輯準位的控制訊號S1輸出至控制驅動單元306，以使得驅動單元306提供高電壓邏輯準位的開關訊號LG1至切換單元308，以導通第二電晶體M2，進而使得下一個第一脈衝寬度調變訊號PWM1提早產生，其中控制訊號S1為高電壓邏輯準位。

值得注意的是，在本發明實施例中，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣延遲出現時，雖然電感L1上之電流IL降為零，然此時上升緣延遲出現的事件具有較高的優先權，故驅動單元306依據一優先權機制與控制訊號S1來強制導通第二電晶體M2，直到下一個第一脈衝寬度調變訊號PWM1提早產生，有關第一脈衝寬度調變訊號PWM1如何提早產生的機制，容後詳述。

如圖2所示，第二脈衝寬度調變訊號PWM2的第二個脈衝相較於第一個脈衝具有較窄的脈衝寬度。當第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉態為高電壓邏輯準位時，開關訊號LG1將轉態為低電壓邏輯準位，而開關訊號UG1則轉態為高電壓邏輯準位。直到第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉態為低電壓邏輯準位時，開關訊號LG1才轉態為高電壓邏輯準位，而開關訊號UG1則轉態為低電壓邏輯準位。開關訊號UG1的脈衝寬度亦會受到第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度縮減的影響而變窄。另外，當電流偵測單元108偵測到電感L1上的電流IL降為0時，驅動單元306將開關訊號LG1轉態為低電壓邏輯準位。

值得注意的是，在第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度被縮減後，當下一次第二脈衝寬度調變訊號PWM2隨著第一脈衝寬度調變訊號PWM1之上升緣的出現而轉為高電壓準位時，若第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率已高於預設頻率，則第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度將維持與上一次縮減脈衝寬度後的第二脈衝寬度調變訊號PWM2相同。而若第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率仍低於或等於預設頻率，則第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度將會依上述實施例的方式再次被縮減。如此重複地提高第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率並縮減第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度，即可將第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率調整至高於預設頻率，且不會影響到直流對直流轉換器300的電壓轉換效率。

上述之第一脈衝寬度調變訊號PWM1可利用脈衝寬度調變訊號產生模組來產生。圖4繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。請參照圖4，本實施例之直流對直流轉換器400與圖1之直流對直流轉換器100的不同之處在於，直流對直流轉換器400更包括脈衝寬度調變訊號產生模組402與回授單元412。回授單元412耦接調整模組102與脈衝寬度調變訊號產生模組402。藉此，脈衝寬度調變訊號產生模組402可依據一參考電壓Vref與輸出電壓Vout來產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1。其中調整模組102與脈衝寬度調變訊號產生模組402所接收的電壓與輸出電壓Vout可成一比例關係。例如在本實施例中，調整模組102為直接接收輸出電壓Vout，而脈衝寬度調變訊號產生模組402則接收經由回授單元412分壓後的輸出電壓Vout。

詳細來說，脈衝寬度調變訊號產生模組402包括誤差放大器404、補償單元408、斜波產生器410以及第二比較器406。誤差放大器404的正、負輸入端分別耦接參考電壓Vref與回授單元412，以依據參考電壓Vref與輸出電壓Vout產生一誤差訊號ER1。在本實施例中，回授單元412包括兩個串接於直流對直流轉換器400的輸出端與接地電壓GND之間的電阻RA、RB，誤差放大器404為依據參考電壓Vref與輸出電壓Vout的分壓來產生誤差訊號ER1。

補償單元408耦接誤差放大器404的輸出端，在本實施例中補償單元408，電阻R1與電容CA串聯，繼而再與電容CB並聯，然並不以此為限。第二比較器406的正、負輸入端分別耦接至誤差放大器404的輸出端與斜波產生器410。補償單元408用以對誤差訊號ER1進行補償，在完成對誤差訊號ER1的補償之後，比較器406將誤差訊號ER1與斜波產生器410所提供之斜波訊號ramp1進行比較，以產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1。誤差訊號ER1、斜波訊號ramp1與第一脈衝寬度調變訊號PWM1的波形可如圖2所示。

當上述第二電晶體M2被導通後，輸出電壓Vout將被拉低。在正常操作情況下，亦即第一脈衝寬度調變訊號PWM1(或第二脈衝寬度調變訊號PWM2)的頻率大於預設頻率時，輸出電壓Vout會因為電感L1上之電流IL大於零的關係而緩慢下降，而在一定時間後才使得脈衝寬度調變訊號產生模組402產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1。

然而，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣延遲出現時，此時的電感L1上之電流IL已為零，輸出電壓Vout將快速下降而使得誤差放大器404產生一誤差訊號ER1，進而使得脈衝寬度調變訊號產生模組402提早產生第一脈衝寬度調變訊號PWM1，以提供第二脈衝寬度調變訊號PWM2。

當誤差放大器404產生誤差訊號ER1後，誤差放大器404的輸出對電容CA、CB進行充電而使誤差訊號ER1的電壓準位漸漸被拉高。當誤差訊號ER1的電壓準位被拉高至高於斜波訊號ramp1時，第二比較器406將輸出高電壓邏輯準位的第一脈衝寬度調變訊號PWM1，進而使下一個 第一脈衝寬度調變訊號PWM1開始產生，第二脈衝寬度調變訊號PWM2也隨之產生。此時頻率偵測單元304將通知縮減控制單元302控制調整模組102縮減第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。

詳細來說，上述之調整模組102與縮減控制單元302的實施方式可如圖5所示。調整模組102可包括第一比較器502、第一電流源I1、第一電容C1、D型正反器504、第三電晶體M3以及反相器506。另外，縮減控制單元302則可包括可調式電流源IS1。第一電流源I1與可調式電流源IS1耦接第一比較器502的正輸入端。第一電容C1耦接於第一比較器502的負輸入端與接地電壓GND之間。第三電晶體M3之汲極與源極分別耦接第一比較器502之正輸入端與接地電壓GND。D型正反器504之資料輸入端D耦接第一操作電壓VOP，D型正反器504之時脈輸入端耦接第一脈衝寬度調變訊號PWM1，D型正反器504之重置端R耦接第一比較器502之輸出端，D型正反器之資料輸出端Q耦接驅動單元306。另外，反相器506則耦接於D型正反器504之資料輸出端Q與第三電晶體M3的閘極之間。

由圖5可知，第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度可藉由第一脈衝寬度調變訊號PWM1與第一比較器502的輸出來決定。D型正反器504依據第一脈衝寬度調變訊號PWM1將資料輸入端D輸出至其輸出端Q而產生第二脈衝寬度調變訊號PWM2，而藉由第一比較器502的輸出來重置D型正反器504便可改變第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。在本實施例中，第一比較器502正輸入端的電壓即為電容C1上的電壓Vc，而電容C1上的電壓Vc之變化情形為由第一電流源I1與可調式電流源IS1所決定。當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣延遲出現時，可調式電流源IS1可依據第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣轉態延遲時間對第一電容C1進行充電。藉由調整可調式電流源IS1之輸出電流的大小即可控制電壓Vc之電壓值上升速度的快慢，進而控制第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度(亦即第二脈衝寬度調變訊號PWM2的導通時間)。

舉例來說，當欲縮減第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度時，可藉由調高可調式電流源IS1所輸出的電流，以使電壓Vc快速地達到高於輸出電壓Vout的電壓值，進而將D型正反器504重置而將第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉態為低電壓邏輯準位。當可調式電流源IS1之輸出電流越大時，電壓Vc達到高於輸出電壓Vout的電壓值的速度越快，第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度也就越窄。

值得注意的是，上述縮減控制單元302可例如為一數位控制電路。可調式電流源IS1的電流大小可例如以最低有效位元(Least Significant Bit,LSB)來控制，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率被調整至高於預設頻率後，便可固定控制可調式電流源IS1的數位訊號，以使調整模組102輸出的第二脈衝寬度調變訊號PWM2可繼續維持在調整後的脈衝寬度。

圖6繪示為本發明另一實施例之調整模組與縮減控制單元的示意圖。請參照圖6，本實施例與圖5實施例之不同之處在於，圖五實施例為利用可調式電流源IS1的電流大小來調整第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度，而本實施例則為利用可調式電壓源VS1來調整第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。如圖6所示，縮減控制單元302包括運算單元602以及可調式電壓源VS1，其中運算單元602耦接於第一比較器502的負輸入端與輸出電壓Vout之間，而可調式電壓源VS1則耦接於運算單元602與接地電壓GND之間。

類似地，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣延遲出現時，可調式電壓源VS1可依據第二脈衝寬度調變訊號PWM2的上升緣轉態延遲時間輸出對應的調整電壓，運算單元602則將輸出電壓減去此調整電壓，以控制第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度。

舉例來說，當欲縮減第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度時，可藉由調高可調式電壓源VS1所輸出的調整電壓，以使輸出電壓Vout快速地降低至低於電壓Vc的電壓值，進而將D型正反器504重置而將第二脈衝寬度調變訊號PWM2轉態為低電壓邏輯準位。當可調式電壓源VS1輸出之調整電壓越大時，電壓Vout的電壓值降低至低於電壓Vc的速度越快，第二脈衝寬度調變訊號PWM2的脈衝寬度也就越窄。

類似地，可調式電壓源VS1輸出的調整電壓大小亦可例如以最低有效位元來控制，當第二脈衝寬度調變訊號PWM2的頻率被調整至高於預設頻率後，便可固定控制可調式電壓源VS1的數位訊號，以使調整模組102輸出的第二脈衝寬度調變訊號PWM2可繼續維持在調整後的脈衝寬度。

圖7繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的電壓轉換方法流程圖。請參照圖7，綜上所述，直流對直流轉換器的電壓轉換方法步驟可歸納如下。首先，依據一第一脈衝寬度調變訊號與直流對直流轉換器的輸出電壓輸出一第二脈衝寬度調變訊號(步驟S702)。接著，反應第二脈衝寬度調變訊號以提供輸出電壓(步驟S704)。然後，偵測第一脈衝寬度調變訊號的頻率或第二脈衝寬度調變訊號的頻率是否低於一預設頻率(步驟S706)。當第一脈衝寬度調變訊號的頻率或第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於預設頻率時，降低輸出電壓，以使第一脈衝寬度調變訊號提早產生，並縮減第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度(步驟S708)。相對地，若脈衝寬度調變訊號的頻率高於預設頻率，則不對脈衝寬度調變訊號進行脈衝寬度的調整，而回到步驟S702，依據第一脈衝寬度調變訊號與直流對直流轉換器的輸出電壓輸出第二脈衝寬度調變訊號。

綜上所述，本發明實施例可在直流對直流轉換器的負載過輕時，提高脈衝寬度調變訊號的頻率，並依據脈衝寬度調變訊號的頻率來縮減脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度，以避免脈衝寬度調變訊號的頻率落於人耳可接收到的音頻範圍，同時保持其高轉換效率。

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，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100、300、400．．．直流對直流轉換器

102．．．調整模組

104．．．輸出模組

106．．．控制模組

108．．．電流偵測單元

302．．．縮減控制單元

304．．．頻率偵測單元

306．．．驅動單元

308．．．切換單元

402．．．脈衝寬度調變訊號產生模組

404．．．誤差放大器

406、502．．．比較器

408．．．補償單元

410．．．斜波產生器

412．．．回授單元

504．．．D型正反器

506．．．反相器

602．．．運算單元

VIN．．．輸入電壓

GND．．．接地電壓

M1、M2、M3．．．電晶體

PWM1、PWM2．．．脈衝寬度調變訊號

Vout．．．輸出電壓

UG1、LG1．．．開關訊號

L1．．．電感

S1．．．控制訊號

IL．．．電流

Vref．．．參考電壓

ER1．．．誤差訊號

RA、RB、R1．．．電阻

CA、CB、C1．．．電容

ramp1．．．斜波訊號

I1．．．第一電流源

IS1．．．可調式電流源

Vc．．．電容上之電壓

VS1．．．可調式電壓源

S702~S708．．．本發明一實施例之直流對直流轉換器的電壓轉換方法流程圖各步驟

圖1繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。

圖2繪示為本發明實施例之直流對直流轉換器中多個訊號的波形示意圖。

圖3繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。

圖4繪示為本發明另一實施例之直流對直流轉換器的示意圖。

圖5、圖6繪示為本發明實施例之調整模組與縮減控制單元的示意圖。

圖7繪示為本發明一實施例之直流對直流轉換器的電壓轉換方法流程圖。

100．．．直流對直流轉換器

102．．．調整模組

104．．．輸出模組

106．．．控制模組

VIN．．．輸入電壓

GND．．．接地電壓

PWM1、PWM2．．．脈衝寬度調變訊號

Vout．．．輸出電壓

S1．．．控制訊號

Claims (13)

1. 一種直流對直流轉換器，包括：一調整模組，依據一第一脈衝寬度調變訊號與該直流對直流轉換器的一輸出電壓輸出一第二脈衝寬度調變訊號；一輸出模組，耦接該調整模組，並反應該第二脈衝寬度調變訊號以提供該輸出電壓；以及一控制模組，耦接該調整模組與該輸出模組，偵測該第一脈衝寬度調變訊號的頻率或該第二脈衝寬度調變訊號的頻率，其中當該第一脈衝寬度調變訊號的頻率或該第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於一預設頻率時，該控制模組輸出一控制訊號控制該輸出模組降低該輸出電壓，使得該第一脈衝寬度調變訊號提早產生，並控制該調整模組縮減該第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度。
2. 如申請專利範圍第1項所述之直流對直流轉換器，其中該輸出模組包括：一電感，其第一端輸出該輸出電壓；一切換單元，耦接該電感的第二端、一輸入電壓與一接地電壓；以及一驅動單元，耦接該調整模組、該控制模組以及該切換單元，依據該第二脈衝寬度調變訊號控制該切換單元切換該輸入電壓以及該接地電壓，進而於該電感的第一端輸出該輸出電壓。
3. 如申請專利範圍第2項所述之直流對直流轉換器，其中該切換單元包括：一第一電晶體；以及一第二電晶體，與該第一電晶體串接於該輸入電壓與該接地電壓之間，該第一電晶體與該第二電晶體之閘極耦接該驅動單元，該第一電晶體與該第二電晶體之共同接點耦接該電感的第二端，該第一電晶體與該第二電晶體的導通狀態受控於該驅動單元，其中，該驅動單元更依據一優先權機制與該控制訊號來強制導通該第二電晶體，直到下一個第一脈衝寬度調變訊號提早產生。
4. 如申請專利範圍第3項所述之直流對直流轉換器，其中，當該第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於該預設頻率時，該驅動單元導通該第二電晶體。
5. 如申請專利範圍第3項所述之直流對直流轉換器，一電流偵測單元，耦接該驅動單元，偵測該電感上之電流，當該電感上之電流降為零時，該驅動單元關閉該第二電晶體，而當該第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於該預設頻率時且該電感上之電流降為零時，該驅動單元利用該優先權機制強制導通該第二電晶體。
6. 如申請專利範圍第3項所述之直流對直流轉換器，其中該控制模組包括：一頻率偵測單元，偵測該第一脈衝寬度調變訊號或該第二脈衝寬度調變訊號於每一訊號週期內之上升緣的轉態時間點，當該第一脈衝寬度調變訊號或該第二脈衝寬度調變訊號的上升緣延遲出現時，該頻率偵測單元輸出該控制訊號以控制該驅動單元導通該第二電晶體，以觸發下一個第一脈衝寬度調變訊號提早產生；以及一縮減控制單元，耦接該頻率偵測單元與該調整模組，控制該調整模組縮減該第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度。
7. 如申請專利範圍第6項所述之直流對直流轉換器，其中該調整模組包括：一第一比較器，其負輸入端耦接該輸出電壓；一第一電流源，耦接該第一比較器之正輸入端，該第一電流源所產生之電流正比於該輸入電壓；一第一電容，耦接於該第一比較器之正輸入端與該接地電壓之間；一D型正反器，其資料輸入端耦接一第一操作電壓，該D型正反器之時脈輸入端耦接該第一脈衝寬度調變訊號，該D型正反器之重置端耦接該第一比較器之輸出端，該D型正反器之資料輸出端耦接該驅動單元；一第三電晶體，其汲極與源極分別耦接該第一比較器之正輸入端與該接地電壓；以及一反相器，耦接於該D型正反器之資料輸出端與該第三電晶體的閘極之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之直流對直流轉換器，其中該縮減控制單元包括：一可調式電流源，耦接該第一比較器之正輸入端，當該第二脈衝寬度調變訊號的上升緣延遲出現時，該可調式電流源依據該第二脈衝寬度調變訊號的上升緣轉態延遲時間對該第一電容進行充電。
9. 如申請專利範圍第7項所述之直流對直流轉換器，其中該縮減控制單元包括：一運算單元，耦接於該輸出電壓與該第一比較器之負輸入端之間；以及一可調式電壓源，耦接於該運算單元與該接地電壓之間，當該第二脈衝寬度調變訊號的上升緣延遲出現時，該可調式電壓源依據該第二脈衝寬度調變訊號的上升緣轉態延遲時間輸出一調整電壓，該運算單元將該輸出電壓減去該調整電壓以拉低該輸出電壓。
10. 如申請專利範圍第7項所述之直流對直流轉換器，其中該縮減控制單元為一數位控制電路。
11. 如申請專利範圍第6項所述之直流對直流轉換器，更包括：一回授單元，耦接於該直流對直流轉換器的輸出端與該接地電壓之間；以及一脈衝寬度調變訊號產生模組，耦接該調整模組與該回授單元，依據一參考電壓與該輸出電壓之分壓產生該第一脈衝寬度調變訊號。
12. 如申請專利範圍第11項所述之直流對直流轉換器，其中該脈衝寬度調變訊號產生模組包括：一誤差放大器，其正、負輸入端分別耦接該參考電壓與該阻抗單元，根據該參考電壓以及該輸出電壓之分壓產生一誤差訊號；一補償單元，耦接該誤差放大器之輸出端，補償該誤差訊號；一斜波產生器，產生一斜波訊號；以及一第二比較器，其正、負輸入端分別耦接該誤差放大器之輸出端與該斜波產生器，依據該誤差訊號與該斜波訊號之比較結果產生該第一脈衝寬度調變訊號。
13. 一種電壓轉換方法，適用於一直流對直流轉換器，該電壓轉換方法包括：依據一第一脈衝寬度調變訊號與該直流對直流轉換器的一輸出電壓輸出一第二脈衝寬度調變訊號；反應該第二脈衝寬度調變訊號以提供該輸出電壓；以及偵測該第一脈衝寬度調變訊號的頻率或該第二脈衝寬度調變訊號的頻率是否低於一預設頻率，其中當該第一脈衝寬度調變訊號的頻率或該第二脈衝寬度調變訊號的頻率低於該預設頻率時，降低該輸出電壓，以使該第一脈衝寬度調變訊號提早產生，並縮減該第二脈衝寬度調變訊號的脈衝寬度。