TWI493854B - 具有開關控制之直流至直流轉換器及其操作方法 - Google Patents

Description

具有開關控制之直流至直流轉換器及其操作方法

本發明大致係關於直流至直流轉換器，且更具體言之，係關於具有開關控制之直流至直流轉換器。

此申請案已於2010年3月12號在美國申請作為專利申請案第12/723223號。

直流至直流轉換器在系統中已扮演一重要角色，因為其對可用於具有一寬電壓範圍之電源而言係普遍的。因為該電源可能為一電池，所以期望直流至直流轉換器有效率地執行其之轉換。效率係因被該直流至直流轉換器自身所使用的任何功率而降低。因此，為增加效率，期望在轉換期間消除或減少任何功率消耗。通常，一二極體係用於轉換過程中，但是由於一正向偏壓PN接面之約0.7伏特之電壓降，通過該二極體之任何電流具有一功率丟失。已試圖藉由使用一切換電晶體消除此二極體電壓降，但是該電晶體之時序對適當操作而言係非常重要的。若該電晶體傳導時間太長，則電流實際上可自輸出流回至該轉換器。若該電晶體太快變為不傳導，則通過該二極體之功率會被浪費掉。

因此，存在一需要對在執行一直流至直流轉換中之上文所提出的問題加以消除或改良。

在一態樣中，一直流至直流轉換器具有與一二極體並聯 之係用於旁通該二極體以改良效率之一開關。一電感器具有連接存在，其中電流係待經過該電感器及儲存於該電感器之對應能量持續一第一持續時間。接著能量(以電流之形式)係通過該二極體而耦合，及在一非常短延遲時間後，通過該開關以在輸出電壓處提供電流。該開關變為不傳導之時序對該轉換器之效率而言係重要的且係使用計算將能量儲存於該電感器中之時間及該電感器提供電流至輸出之時間兩者之一RC積分器而達成。此係藉由參考以下描述及圖式而更好地理解。

當分別提到一信號之顯現、狀態位元或其邏輯真或邏輯假狀態中的類似設備時，在本文使用術語「生效」或「設定」及「否定」(或「失效」或「清除」)。若該邏輯真狀態為一邏輯位凖1，則該邏輯假狀態為一邏輯位凖0。及若該邏輯真狀態為一邏輯位凖0，則該邏輯假狀態為一邏輯位凖1。

本發明係經由實例而闡釋且不被隨附圖式所限制，其中類似參考符號表示類似元件。簡潔且明確地闡釋圖式中的元件且不一定依比例繪製該等元件。

圖1所示的係一直流至直流轉換器10，其具有一調節器12、一N通道電晶體14、一電感器16、一電阻器17、一電容器18、一電容器20、一N通道電晶體22、一P通道電晶體24、一N通道電晶體25、一N通道電晶體26、一NAND閘28、一D正反器30、一反相器32、一P通道電晶體34、一二 極體36、一電容器38及一負載40。調變器12具有連接至直流至直流轉換器10之一輸出Vo之一輸入、連接至一節點46之一第一輸出及提供一致能信號EN之一第二輸出。N通道電晶體14具有連接至節點46之一控制電極、連接至接地之一源極及連接至一節點42之一汲極。電感器16具有用於接收一電源電壓Vin之一第一終端及連接至一節點42之一第二終端。電阻器17具有連接至節點42之一第一終端及連接至一節點44之一第二終端。電容器18具有連接至節點44之一第一終端及連接至接地之一第二終端。電容器20具有連接至節點44之一第一終端及連接至節點47之一第二終端。N通道電晶體22具有連接至電容器之第二終端之一第一電流電極、用於接收一等化信號EQ之一控制電極及連接至一節點45之一第二電流電極。P通道電晶體24具有連接至一電源終端VDD之一源極、連接至電容器20之第二終端之一控制電極及連接至一節點45之一汲極。N通道電晶體25具有連接至節點45之一汲極、連接至電容器20之第二終端之一閘極及一源極。N通道電晶體26具有連接至N通道電晶體25之源極之一汲極、用於接收致能信號之一控制電極及連接至接地之一源極。NAND閘28具有連接至節點45之一第一輸入、用於接收致能信號EN之一第二輸入及一輸出。D正反器30具有連接至NAND閘28之輸出之一重設R輸入、連接至電源終端VDD之一D輸入、一輸出Q*、一時脈輸入C。反相器32具有連接至節點46之一輸入及連接至D正反器30之時脈輸入C之一輸出。P通道電晶體34具有連接 至D正反器30之輸出Q*之一閘極、連接至節點42之一第一電流電極及連接至輸出Vo之一第二電流電極。一二極體具有連接至節點42之一陽極及連接至輸出Vo之一陰極。電容器38具有連接至輸出Vo之一第一終端及連接至接地之一第二終端。負載40係連接至輸出Vo。

在操作中，當N通道電晶體14為傳導時，電感器16首先儲存能量且接著將基於其經儲存之能量之電流提供至輸出Vo。此過程以與負載40之功率需求相當之速率重覆。在電感器16儲存能量之前的一時間中，N通道電晶體14及P通道電晶體34為不傳導。在此條件中，負載40之功率係藉由儲存於電容器38中的電荷而被供應。

為維持輸出Vo上的電壓位凖在所需位凖，一下一充電階段係藉由調節器12而開始，其感測輸出Vo，產生致能信號EN。其顯示為圖2中在時間t1時所發生的。被產生之致能信號EN引起N通道電晶體26係傳導的及NAND閘28回應於其第一輸入。當N通道電晶體26為傳導時，P通道電晶體24及N通道電晶體25形成經致能之一反相放大器。該反相放大器係用作為一偵測器電路。在致能信號EN被產生之前，不存在流經電感器16之電流使得節點42上的電壓為Vin，如同節點44上的電壓。當在時間t1時產生致能信號EN時，等化信號EQ回應於藉由在大體上時間t1時自一邏輯低轉變至一邏輯高而被致能。在一邏輯高處的等化信號EQ引起N通道電晶體22為傳導使得節點45及47被耦合在一起。因此等化在節點47上的反相放大器之輸入及在節點45 上的反相放大器之輸出。被應用於該輸入之一反相放大器之輸出之組態被稱為自動調零。在此組態中，節點45及47上的電壓係在該反相放大器之切換點上，該切換點係在該輸入電壓之任何增加將導致該輸入被認知為一邏輯高及該輸出電壓之任何減少將導致該輸入被認知為一邏輯低的點。在節點44上的電壓可能已藉由被耦合在一起的節點45及47所影響使得等化信號EQ係維持在一邏輯高上足夠長的時間以使節點44上的電壓達到電源電壓Vin之位凖(在節點42上沒有電流流過之條件下)。在節點44大體上達到電壓Vin之此足夠時間後，在如圖2所示之時間t2時，等化信號EQ係藉由調節器12在一浮動條件中以引起N通道電晶體22為不傳導且離開節點47而被切換至一邏輯低。在節點44為電壓Vin且節點47係在偵測電路之切換點上預充電之條件中，跨越電容器20建立一參考電壓。

在等化信號EQ切換至一邏輯低後，調節器12在節點46上產生顯示為圖2中在時間t3時所發生之一賦能信號。此引起反相器32轉變其輸出，該輸出係自一邏輯高至一邏輯低而耦合至D正反器30之時脈輸入。D正反器30係正邊緣觸發，因此D正反器30未回應於此邏輯高至邏輯低轉變使得在節點48上的輸出仍在保持P通道電晶體34不傳導之一邏輯高上。在節點46上的邏輯高引起N通道電晶體14變為傳導，其引起節點42切換至如圖2所示之一邏輯低。在節點42係在一邏輯低之情況下，電流進入儲存能量之電感器16。節點42在一邏輯低時引起電荷以基於電阻器17之電阻 (R)及電容器18之電容(C)之一速率從電容器18流出。這通常被稱為RC時間常數。因此，電容器18係以基於該RC時間常數之一速率被放電。如圖2所示，其大體上在時間t3開始，隨著節點44的電壓減小，為浮動的節點47的電壓減小相同量。電容器20兩端之電壓仍大體上恆定，因此其用作為一自動調零電容器，使得節點47以與節點44相同之速率下降。此確保節點47係在由P通道電晶體24及N通道電晶體25所製成之偵測器之切換點之下。因此，節點45係在一邏輯高上，其意謂D正反器30之R輸入係在一邏輯低上。電容器44將繼續放電直至調節器12將節點46上的信號改變為一邏輯低。

將節點46上的信號(其顯示於圖2中如在一時間t4時所發生)轉變為一邏輯低引起N通道電晶體14變為不傳導且引起反相器32將D正反器30之時脈輸入轉變為一邏輯高。此時脈輸入之正邊緣引起D正反器30之Q*輸出在其D輸入處輸出相反信號。由於被連接至正電源終端VDD，該D輸入係在一邏輯高上。因此，該Q*輸出轉變為引起P通道電晶體34變為傳導之一邏輯低。因此P通道電晶體34具有旁通二極體36且避免由一正向偏壓之PN接面而引起之額外電壓降之效應。因為在P通道電晶體34變為傳導之前電晶體46變為不傳導，所以由電感器16所提供之電流初始通過二極體36且因此在節點42上的初始電壓在時間t4時係高於該輸出電壓Vo之一二極體電壓降。在經由反相器32及D正反器30而發生必要轉變後，P通道電晶體34旁通二極體36使得在 節點42上的電壓係大體上與該輸出電壓Vo相同。在節點42上的電壓為輸出電壓Vo之情況下，如圖2所示，在節點44上的電壓在大體上時間t4時開始升高。在節點44上的電壓繼續升高以引起節點47上的電壓亦以相同的速率升高。當節點44上的電壓達到電壓Vin之位凖時，節點47上的電壓達到P通道電晶體24及N通道電晶體25之偵測器之切換點。因為節點47係浮動的，所以電容器29兩端之電壓保持不變。當節點47上的電壓達到該切換點或可能稍微超過其時，節點45上的偵測器之輸出自一邏輯高切換至一邏輯低。在該致能信號EN保持為一邏輯高之情況下，NAND閘28將其輸出自一邏輯低切換至一邏輯高。此導致D正反器30之R輸入切換至一邏輯高，其引起D正反器30將其Q*輸出重設為一邏輯低。來自D正反器30之邏輯低輸出引起P通道電晶體34變為不傳導。儲存於電感器16中的任何額外能量通過二極體36。在一充分的預定時間後，較佳地使得電感器16不提供通過二極體36之電流，致能信號EN係轉變為一邏輯低。在一邏輯低上的致能信號停用該偵測器且引起NAND閘28提供一邏輯高輸出。在此情況中，D正反器30係固持於重設條件中，該條件為一邏輯低係輸出至P通道電晶體34且因此將P通道電晶體34固持於不傳導狀態中的條件。

電容器18及電阻器17用作為一積分器使得該電壓自Vin改變至一低值，較佳地係接地，此係積分為一第一積分。電容器18及電阻器17不是一理想積分器，但是操作於係大 體上短於該RC時間常數之一時間上可提供一非常好的積分近似值。因此，電容器18之電容及電阻器17之電阻係經選擇以確保此種情況。當節點42上的電壓位凖為輸出電壓Vo之位凖時，反相執行一第二積分。藉由對兩個積分使用連接至電感器16之相同電阻及電容，不存在由此等值之變動所引入之錯誤。該第一積分係基於節點42上的電壓為接地電壓時流入電感器16中的電流之一量測。該第二積分係流至該輸出以維持負載40之輸出電壓Vo之電流之一量測。若P通道電晶體34保持傳導時間太長，則電流實際上將倒轉且開始流回至節點42，其係功率之一浪費。在P通道電晶體34不傳導之情況下，二極體36防止此倒流。然而，當電流係自節點42通過二極體36至該輸出時，二極體36浪費功率。因此，其有益於P通道電晶體34傳導，只要電流係自節點42通過至該輸出。將節點44上的電壓位凖返回至電壓Vin之位凖指示該電感器電流大體上已達到零且因此是時候使P通道電晶體34不傳導。將節點44上的電壓位凖返回至電壓Vin之位凖係藉由P通道電晶體24及N通道電晶體25而在節點47上偵測且通過NAND閘28而傳播至D正反器30。如圖2所示，在時間t5時，D正反器30藉由將在節點48上的信號自一邏輯低轉變至一邏輯高而回應，其引起P通道電晶體34變為不傳導。由於使用該積分器之一RC時間常數，當該輸出電壓係大體上大於該輸入電壓時，該第一積分及第二積分之淨效應為：在該經儲存之能量已完全轉移之前不久，該節點42上的電壓位凖返回至Vin之位凖， 其具有輕易確保在所有經儲存之能量已轉移之前P通道電晶體34為不傳導之效應。在P通道電晶體34變為不傳導後，如圖2所示，節點42將以一小數量之振盪回應。

當節點47已達到藉由P通道電晶體24及N通道電晶體25而形成且藉由N通道電晶體26而致能之反相放大器之切換點時，該等兩個電晶體操作為一偵測器。電容器20儲存一電壓，該電壓係在Vin上的電壓與該反相放大器之切換點之間的差異。該效應為：節點47在切換點上開始，跟隨節點44上的電壓降，及接著跟隨節點44上的電壓增長。因此，當節點44返回至Vin位凖時，節點47達到該切換點。因此，當在節點44上的電壓越過電壓Vin之位凖時，電容器20及P通道電晶體24及N通道電晶體25用作為一偵測器。N通道電晶體22係有利於建立用於偵測橫跨Vin之位凖之節點44之轉變之初始條件。

於圖3顯示一替代及或許更一般的方法，圖3包括可用作為N通道電晶體22、P通道電晶體24、N通道電晶體25及N通道電晶體26及電容器20之偵測器電路之一比較器50。比較器50具有耦合至圖1之節點44之一反相輸入、耦合至一參考電壓Vref之一非反相輸入及用於接收圖1之致能信號EN之致能輸入及耦合至節點45之一輸出。參考電壓Vref可為電壓Vin。在此種情況中，當節點44上的電壓低於Vin及致能信號為主動時，比較器50在節點45上輸出一邏輯高。當節點44上的電壓升高且達到電壓Vin之位凖時，比較器50將其輸出轉變為一邏輯低。此具有與N通道電晶體22、P 通道電晶體24、N通道電晶體25及N通道電晶體26及電容器20之偵測器電路相同的功能操作。對圖3之比較器50而言，相較於電壓Vin之位凖，一不同參考電壓可為有效。

因此，直流至直流轉換器10提供P通道電晶體34之一非常有效率的控制使得電流通過二極體36期間的時間非常少。二極體36對確保總是可得到自節點42至Vo之電流路徑仍有用，以容許P通道電晶體34之傳導率之一些時序邊限。

迄今，應瞭解，本發明已提供一種直流至直流轉換器。該直流至直流轉換器包含用於接收一電感器之一第一終端之一輸入終端，該電感器具有用於接收一輸入電壓之一第二終端。該直流至直流轉換器進一步包含一第一開關，其具有耦合至一第一節點之一第一終端、耦合至一第一參考終端之一第二終端及一控制終端。該直流至直流轉換器進一步包含耦合至該第一開關之控制終端之一調節器，用於調節該第一開關之傳導。該直流至直流轉換器進一步包含耦合於該第一節點與一輸出終端之間的二極體構件，用於提供電流僅自該第一節點流至該輸出終端。該直流至直流轉換器進一步包含一第二開關，其具有耦合至該第一節點之一第一終端、一控制終端及耦合至該輸出終端之一第二終端，該第二開關選擇性短路該二極體構件。該直流至直流轉換器進一步包含耦合於該第一節點與一第二參考終端之間的一積分器，該積分器具有一輸出。該直流至直流轉換器進一步包含耦合至該積分器之輸出之偵測器構件，用 於偵測什麼時候該積分器之輸出上的電壓超過一參考電壓，且其具有一輸出。該直流至直流轉換器進一步包含邏輯電路，其具有耦合至該偵測器構件之輸出之一輸入及耦合至該第二開關之控制終端之一輸出，該邏輯電路回應於該第一開關變為不傳導而使該第二開關傳導且回應於該偵測器構件之輸出而使該第二開關不傳導。該直流至直流轉換器具有一進一步特徵，該特徵在於：當該第一開關變為傳導時，該參考電壓為該積分器之輸出上的電壓。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：該偵測器構件包括一第一傳導率類型之一第一電晶體，其具有耦合至一電源電壓終端之一第一電流電極、一控制電極及一第二電流電極；相對於該第一傳導率類型之一第二傳導率類型之一第二電晶體，其具有耦合至該第一電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該第一電晶體之控制電極之一控制電極及耦合至一接地終端之一第二電流電極；一第三電晶體，其具有耦合至該第一電晶體之控制電極之一第一電流電極、耦合至該第一電晶體之第二電流電極之一第二電流電極及用於接收一等化控制信號之一控制電極；一邏輯閘，其具有耦合至該第一電晶體之第二電流電極之一第一輸入、用於接收一致能信號之一第二輸入及耦合至該邏輯電路之輸入之一輸出；及一電容器，其具有耦合至該積分器之輸出之一第一電極及耦合至該第一電晶體之控制電極之一第二電極。該直流至直流轉換器可進一步包含該第二傳導率類型之一第四電晶體，其具有耦合至 該第二電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該積分器之一控制電極、及耦合至該接地終端之一第二電流電極。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：其中該偵測器構件包括一比較器電路，其具有耦合至該參考電壓之一第一輸入、耦合至該積分器之輸出之一第二輸入、及用於提供該偵測器構件之輸出之一輸出終端。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：該邏輯電路包括一正反器電路，其具有耦合至該調節器之一時脈輸入、耦合至一電源電壓終端之一資料輸入、耦合至該偵測器構件之輸出之一重設輸入、及耦合至該第二開關之控制終端之一輸出。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：該積分器包括一電阻器，其具有耦合至該輸入終端之一第一終端且具有一第二終端；及一電容器，其具有耦合至該電阻器之第二終端之一第一電極及耦合至該第二參考終端之一第二電極。

此外，本發明揭示一種方法。該方法包含經由一電感器在一輸入終端上接收一輸入電壓。該方法亦包含將該輸入電壓儲存於一積分器電路之一電容器上。該方法亦包含使一第一開關傳導，該第一開關被耦合於該輸入終端及一接地之間，及藉此流通該電感器。該方法亦包含使儲存於該電容器上的輸入電壓以藉由該積分器電路及該輸入電壓之一初始值而判定之一速率而下降。該方法亦包含使電流自該電感器通過一二極體流至一輸出終端，用於提供一輸出電壓直至橫跨該二極體之一第二開關傳導。該方法亦包含 回應於該第二開關為傳導而以與該輸出電壓減去該輸入電壓成比例之一速率增加在該積分器之電容器上的經儲存之電壓。該方法亦包含將該電容器上的經儲存之電壓與一參考電壓進行連續比較。該方法亦包含當該電容器上的經儲存之電壓達到且開始超過該參考電壓時使該第二開關不傳導。該方法可進一步包含當該第二開關傳導時，藉由一二極體電壓降減少該電感器兩端之電壓。該方法可進一步包含藉由耦合至該第一開關之一調節器電路而控制持續時間。該方法可進一步包含在使該第一開關傳導之前藉由提供來自該調節器電路之一致能信號實現一比較器進行連續比較。該方法可進一步包含以耦合至一反相器(其係耦合至一邏輯閘)之一自動調零電容器而實施連續比較，該反相器具有選擇性耦合於其之一輸入與一輸出之間的一等化電晶體，用於將該反相器之一跳閘點電壓設定為該輸入電壓。該方法可具有一進一步特徵，該特徵在於：以耦合至一邏輯閘之一比較器電路實施連續比較，該比較器電路具有耦合至用於接收該參考電壓之一參考終端之一第一輸入、耦合至該積分器電路之電容器之一第二輸入且具有耦合至該邏輯閘之一輸出。該方法可進一步包含將一正反器耦合於偵測電路與該第二開關之間，當該電容器上的經儲存之電壓達到且超過該參考電壓以提供一控制信號用於偏壓該第二開關時，該正反器被重設。

本發明亦揭示一種直流至直流轉換器，其具有用於接收一電感器之一第一終端之一輸入終端，該電感器具有用於 接收一輸入電壓之一第二終端。該直流至直流轉換器亦包含一第一電晶體開關，其具有耦合至一第一節點之一第一電流電極、耦合至一接地終端之一第二電流電極及一控制終端。該直流至直流轉換器亦包含耦合至該第一電晶體開關之控制終端之一調節器，用於調節該第一開關之傳導。該直流至直流轉換器亦包含一二極體，其具有耦合至該第一節點之一陰極及耦合至一輸出終端之一陽極，用於提供僅自該第一節點流至該輸出終端之電流。該直流至直流轉換器亦包含一第二電晶體開關，其具有耦合至該二極體之陰極之一第一電流電極、一控制終端及耦合至該二極體之陽極之一第二電流電極，該第二電晶體開關選擇性短路該二極體。該直流至直流轉換器亦包含耦合於該第一節點與該接地終端之間的一RC積分器，該RC積分器具有一輸出。該直流至直流轉換器亦包含耦合至該RC積分器之輸出之一偵測器，用於偵測該RC積分器之輸出上的電壓何時超過一參考電壓，及該偵測器具有一輸出。該直流至直流轉換器亦包含一正反器，其具有耦合至該偵測器之輸出之一輸入及耦合至該第二電晶體開關之控制終端之一輸出，該正反器回應於該第一電晶體開關變為不傳導而使該第二電晶體開關傳導且回應於判定該RC積分器之電容器電壓何時超過該參考電壓而使該第二電晶體開關不傳導。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於該偵測器包括：一電容器，其具有耦合至該RC積分器之輸出之一第一電極且具有一第二電極；一P通道電晶體，其 具有耦合至一電源電壓終端之一第一電流電極、耦合至該電容器之第二電極之一閘極、及耦合至一節點之一第二電流電極；一第一N通道電晶體，其具有耦合至在該節點上的該P通道電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該P通道電晶體之閘極之一閘極及一第二電流電極；一第二N通道電晶體，其具有耦合至該第一N通道電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該調節器之一閘極及耦合至該接地終端之一第二電流電極；及一邏輯閘，其具有耦合至該節點之一第一輸出、耦合至該調節器之一第二輸入及耦合至該正反器之一重設輸入之一輸出。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：當該第一開關首先變為傳導時，該參考電壓為在該RC電感器之輸出上的一電壓。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：偵測器包括：一比較器電路，其具有耦合至該RC積分器之輸出之一第一輸入、用於接收該參考電壓之一第二輸入、耦合至用於接收一致能信號之該調節器之一第三輸入及一輸出；及一邏輯閘，其具有耦合至該偵測器之輸出之一第一輸入、耦合至用於接收該致能信號之該調節器之一第二輸入及耦合至該正反器之輸入之一輸出。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：該正反器之一輸入為一重設輸入。該直流至直流轉換器可具有一進一步特徵，該特徵在於：該RC積分器包括：一電阻器，其具有耦合至該輸入終端之一第一終端且具有一第二終端；及一電容器，其具有耦合至該積分 器之輸出上的該電阻器之第二終端之一第一電極，該電容器具有耦合至該接地終端之一第二電極。

儘管在本文中已參考特定實施例描述本發明，但是在不脫離如以下申請專利範圍中所闡明之本發明之範疇之情況下，可進行各種修改及改變。例如，揭示一RC積分器，但是其他積分器可能為有效。此外，可顛倒邏輯之至少一些部分及接著NAND閘28可為一些其他類型之邏輯閘，諸如一NOR閘。此外，該說明書及圖式係作為闡釋而無限制之意，及意欲將所有此等修改包含於本發明之範疇內。本文所描述之關於特定實施例之問題之任何益處、優點或解決方案不意欲被視為任何或所有請求項之一關鍵、所需或本質特性或元素。

如本文所使用之「耦合」不意欲被限制為一直接耦合或一機械耦合。

此外，如本文所使用之術語「一(a)」或「一(an)」係被定義為一者或多於一者。此外，在請求項中使用引入片語(諸如，「至少一者」或「一或多個」)不應被視為暗示藉由不定冠詞「一(a)」或「一(an)」引入之其他請求項元素將包含此經引入之請求項元素之任何特定請求項限制為僅包含此元素之發明，即使當相同請求項包含引入片語「一或多者」或「至少一者」及不定冠詞如「一(a)」或「一(an)」亦然。對定冠詞之使用亦適用。

除非另有規定，否則術語諸如「第一」及「第二」被用於任意地在該等術語描述的該等元件之間區別。因而，該 等術語非必意指該等元件之時間上的或其他的優先順序。

10‧‧‧直流至直流轉換器

12‧‧‧調節器

14‧‧‧N通道電晶體

16‧‧‧電感器

17‧‧‧電阻器

18‧‧‧電容器

20‧‧‧電容器

22‧‧‧N通道電晶體

24‧‧‧P通道電晶體

25‧‧‧N通道電晶體

26‧‧‧N通道電晶體

28‧‧‧NAND閘

30‧‧‧D正反器

32‧‧‧反相器

34‧‧‧P通道電晶體

36‧‧‧二極體

38‧‧‧電容器

40‧‧‧負載

42‧‧‧節點

44‧‧‧節點

45‧‧‧節點

46‧‧‧節點

47‧‧‧節點

48‧‧‧節點

50‧‧‧比較器

圖1係一實施例之一電路圖；圖2係有助於理解圖1之該實施例之操作之一時序圖；及圖3係可用於圖1之該實施例中的一電路元件之一電路圖。

10‧‧‧直流至直流轉換器

12‧‧‧調節器

14‧‧‧N通道電晶體

16‧‧‧電感器

17‧‧‧電阻器

18‧‧‧電容器

20‧‧‧電容器

22‧‧‧N通道電晶體

24‧‧‧P通道電晶體

25‧‧‧N通道電晶體

26‧‧‧N通道電晶體

28‧‧‧NAND閘

30‧‧‧D正反器

32‧‧‧反相器

34‧‧‧P通道電晶體

36‧‧‧二極體

38‧‧‧電容器

40‧‧‧負載

42‧‧‧節點

44‧‧‧節點

45‧‧‧節點

46‧‧‧節點

47‧‧‧節點

48‧‧‧節點

Claims (20)

1. 一種直流至直流轉換器，其包括：用於接收一電感器之一第一終端之一輸入終端，該電感器具有用於接收一輸入電壓之一第二終端；一第一開關，其具有耦合至一第一節點之一第一終端、耦合至一第一參考終端之一第二終端及一控制終端；耦合至該第一開關之控制終端之一調節器，其用於調節該第一開關之傳導；耦合於該第一節點及一輸出終端之間的二極體構件，其用於提供僅自該第一節點流至該輸出終端之電流；一第二開關，其具有耦合至該第一節點之一第一終端、一控制終端及耦合至該輸出終端之一第二終端，該第二開關選擇性短路該二極體構件；耦合於該第一節點與一第二參考終端之間的一積分器，該積分器具有一輸出；耦合至該積分器之輸出之偵測器構件，其用於偵測在該積分器之輸出上的電壓何時超過一參考電壓，且其具有一輸出；及邏輯電路，其具有耦合至該偵測器構件之輸出之一輸入及耦合至該第二開關之控制終端之一輸出，該邏輯電路回應於該第一開關變為不傳導而使該第二開關傳導且回應於該偵測器構件之輸出而使該第二開關不傳導。
2. 如請求項1之直流至直流轉換器，其中當該第一開關首 先變為傳導時，該參考電壓為該積分器之輸出上的電壓。
3. 如請求項1之直流至直流轉換器，其中該偵測器構件包括：一第一傳導率類型之一第一電晶體，其具有耦合至一電源電壓終端之一第一電流電極、一控制電極及一第二電流電極；相對於該第一傳導率類型之一第二傳導率類型之一第二電晶體，其具有耦合至該第一電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該第一電晶體之控制電極之一控制電極及耦合至一接地終端之一第二電流電極；一第三電晶體，其具有耦合至該第一電晶體之控制電極之一第一電流電極、耦合至該第一電晶體之第二電流電極之一第二電流電極及用於接收一等化控制信號之一控制電極；一邏輯閘，其具有耦合至該第一電晶體之第二電流電極之一第一輸入、用於接收一致能信號之一第二輸入及耦合至該邏輯電路之輸入之一輸出；及一電容器，其具有耦合至該積分器之輸出之一第一電極及耦合至該第一電晶體之控制電極之一第二電極。
4. 如請求項3之直流至直流轉換器，其進一步包括：該第二傳導率類型之一第四電晶體，其具有耦合至該第二電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該調節器之一控制電極及耦合至該接地終端之一第二電 流電極。
5. 如請求項1之直流至直流轉換器，其中該偵測器構件包括一比較器電路，其具有耦合至該參考電壓之一第一輸入、耦合至該調節器之輸出之一第二輸入及用於提供該偵測器構件之輸出之一輸出終端。
6. 如請求項1之直流至直流轉換器，其中該邏輯電路包括一正反器電路，其具有耦合至該調節器之一時脈輸入、耦合至一電源電壓終端之一資料輸入、耦合至該偵測器構件之輸出之一重設輸入及耦合至該第二開關之控制終端之一輸出。
7. 如請求項1之直流至直流轉換器，其中該積分器包括：一電阻器，其具有耦合至該輸入終端之一第一終端且具有一第二終端；及一電容器，其具有耦合至該電阻器之第二終端之一第一電極及耦合至該第二參考終端之一第二電極。
8. 一種用於操作直流至直流轉換之方法，其包括：經由一電感器在一輸入終端上接收一輸入電壓；將該輸入電壓儲存於一積分器電路之一電容器上；使一第一開關傳導，該第一開關被耦合於該輸入終端與一接地端之間，及藉此流通該電感器；使儲存於該電容器上的該輸入電壓以藉由該積分器電路及該輸入電壓之一初始值而判定之一速率下降；在一持續時間後，使該第一開關不傳導；使電流自該電感器通過一二極體流至一輸出終端，用 於提供一輸出電壓直至使橫跨該二極體之一第二開關為傳導；回應於該第二開關為傳導而以與該輸出電壓減去該輸入電壓成比例之一速率增加該積分器之電容器上的經儲存之電壓；將該電容器上的經儲存之電壓與一參考電壓進行連續比較；及當該電容器上的經儲存之電壓達到並且開始超過該參考電壓時，使該第二開關不傳導。
9. 如請求項8之方法，其進一步包括：當該第二開關為傳導時，藉由一二極體電壓降減少該電感器兩端之電壓。
10. 如請求項8之方法，其進一步包括：藉由耦合至該第一開關之一調節器電路而控制該持續時間。
11. 如請求項10之方法，其進一步包括：在使該第一開關傳導之前，藉由提供來自該調節器電路之一致能信號而實現一比較器之連續比較。
12. 如請求項8之方法，其進一步包括：以耦合至一反相器之一自動調零電容器實施連續比較，該反相器係耦合至一邏輯閘，該反相器具有選擇性耦合於其之一輸入與一輸出之間的一等化電晶體，用於將該反相器之一跳閘點電壓設定為該輸入電壓。
13. 如請求項8之方法，其進一步包括： 以耦合至一邏輯閘之一比較器電路實施連續比較，該比較器電路具有耦合至用於接收該參考電壓之一參考終端之一第一輸入、耦合至該積分器電路之電容器之一第二輸入且具有耦合至該邏輯閘之一輸出。
14. 如請求項8之方法，其進一步包括：將一正反器耦合於偵測電路與該第二開關之間，當該電容器上的經儲存之電壓達到且超過該參考電壓以提供用於偏壓該第二開關之一控制信號時，該正反器被重設。
15. 一種直流至直流轉換器，其包括：用於接收一電感器之一第一終端之一輸入終端，該電感器具有用於接收一輸入電壓之一第二終端；一第一電晶體開關，其具有耦合至一第一節點之一第一電流電極、耦合至一接地終端之一第二電流電極及一控制終端；耦合至該第一電晶體開關之控制終端之一調節器，其用於調節該第一開關之傳導；一二極體，其具有耦合至該第一節點之一陰極及耦合至一輸出終端之一陽極，用於提供僅自該第一節點流至該輸出終端之電流；一第二電晶體開關，其具有耦合至該二極體之陰極之一第一電流電極、一控制終端及耦合至該二極體之陽極之一第二電流電極，該第二電晶體開關選擇性短路該二極體； 耦合於該第一節點與該接地終端之間的一RC積分器，該RC積分器具有一輸出；耦合至該RC積分器之輸出之一偵測器，其用於偵測該RC積分器之輸出上的電壓何時超過一參考電壓，且其具有一輸出；及一正反器，其具有耦合至該偵測器之輸出之一輸入及耦合至該第二電晶體開關之控制終端之一輸出，該正反器回應於該第一電晶體開關變為不傳導而使該第二電晶體開關傳導且回應於判定該RC積分器中的電容器電壓何時超過該參考電壓而使該第二電晶體開關不傳導。
16. 如請求項15之直流至直流轉換器，其中該偵測器包括：一電容器，其具有耦合至該RC積分器之輸出之一第一電極，且具有一第二電極；一P通道電晶體，其具有耦合至一電源電壓終端之一第一電流電極、耦合至該電容器之第二電極之一閘極及耦合至一節點之一第二電流電極；一第一N通道電晶體，其具有耦合至在該節點上的該P通道電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該P通道電晶體之閘極之一閘極及一第二電流電極；一第二N通道電晶體，其具有耦合至該第一N通道電晶體之第二電流電極之一第一電流電極、耦合至該調節器之一閘極及耦合至該接地終端之一第二電流電極；及一邏輯閘，其具有耦合至該節點之一第一輸入、耦合至該調節器之一第二輸入及耦合至該正反器之一重設輸 入之一輸出。
17. 如請求項15之直流至直流轉換器，其中當該第一開關首先變為傳導時，該參考電壓為該RC積分器之輸出上的一電壓。
18. 如請求項15之直流至直流轉換器，其中該偵測器包括：一比較器電路，其具有耦合至該RC積分器之輸出之一第一輸入、用於接收該參考電壓之一第二輸入、耦合至用於接收一致能信號之該調節器之一第三輸入，及一輸出；及一邏輯閘，其具有耦合至該偵測器之輸出之一第一輸入、耦合至用於接收該致能信號之該調節器之一第二輸入及耦合至該正反器之輸入之一輸出。
19. 如請求項18之直流至直流轉換器，其中該正反器之輸入係一重設輸入。
20. 如請求項15之直流至直流轉換器，其中該RC積分器包括：一電阻器，其具有耦合至該輸入終端之一第一終端且具有一第二終端；及一電容器，其具有耦合至在該積分器之輸出上的該電阻器之第二終端之一第一電極，該電容器具有耦合至該接地終端之一第二電極。