TWI496389B - 用於電源轉換器之時間產生器及時間信號產生方法 - Google Patents

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Description

用於電源轉換器之時間產生器及時間信號產生方法
本發明是有關於一種電源調節技術，且特別是有關於一種適用於電源轉換器之時間產生器及時間信號產生方法。
現有的直流轉直流的電源設計，常採用固定導通時間(const on time，COT)架構。圖1為習知基於固定導通時間架構的直流轉直流轉換電路示意圖。比較器110比較誤差信號Err與斜坡信號RAMP來產生比較信號CM。時間控制電路120利用固定導通時間機制來產生計數用的導通時間信號，並根據比較信號CM來設定脈寬調變信號PWM，其中導通時間Ton的寬度是與輸入電壓Vin和輸出電壓Vout有關。
圖2為電源轉換器100中的波形示意圖。請合併參閱圖1和圖2。藉由誤差訊號Err與斜坡信號RAMP來決定導通時間Ton訊號何時輸出，其中誤差訊號Err的大小與回授信號Vfb和參考電壓Vref兩者有關。並且在導通時間Ton訊號輸出的時刻，時間控制電路120開始計算導通時間信號Xon，而導通時間信號Xon 中的每一週期的導通時間Ton是固定的。然而，習知的脈寬調變操作架構雖可達到定頻的效果，但當輸出電壓Vout隨著負載電流IL變化而改變時，時間控制電路120仍以固定頻率在一個週期內提供相同的能量，於是電源轉換器100在負載瞬間變化期間的表現不佳。
另外，類似於圖1的電源轉換器100，將時間控制電路120改採用可調整導通時間機制。圖3為另一習知可調整導通時間機制的波形示意圖。習知可調整導通時間機制利用與輸出電壓Vout有關的誤差信號Err來當作計數信號Cton結束的上界。當負載瞬間變化時，脈寬調變信號PWM的導通時間Ton為可隨誤差信號Err而變動。在輸出電壓Vout的能量不足時，脈寬調變信號PWM的導通時間Ton會不斷地拉長。
圖4是習知固定導通時間機制與可調整導通時間機制的波形比較示意圖。固定導通時間機制中的輸出電壓Vout與負載電流Iload的波形分別標示為410、430，可調整導通時間機制中的輸出電壓Vout與負載電流Iload的波形分別標示為420、440，而負載電流Iload的理想波形標示為450。由圖4的波形比較，可調整導通時間機制的負載電流(波形440)爬升速度相較於固定導通時間機制的負載電流(波形430)為快。但是，可調整導通時間機制在閉回路控制未穩定前，輸出電壓Vout(波形420)會呈現不斷地振盪。因此兩種習知技術皆無法改善輸出電壓Vout的振盪情形。
有鑑於此，本發明提出一種用於電源轉換器之時間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。
本發明提供了一種電源轉換器之時間產生器，時間產生器包括調整電路以及時間產生單元。調整電路接收關聯於電源轉換器之輸出電壓的誤差信號，且藉由誤差信號與延遲運算電路來產生調整信號。時間產生單元耦接調整電路，且依據誤差信號、調整信號及控制信號來產生時間信號。時間信號的寬度隨誤差信號與調整信號而改變。
於本發明的一實施例中，控制信號為電源轉換器之第一比較器的比較結果，第一比較器接收誤差信號與斜波信號。
於本發明的一實施例中，控制信號為關聯於電源轉換器之斜波信號。
於本發明的一實施例中，延遲運算電路包括電阻、第一電容及第一電流源，電阻、第一電容及第一電流源耦接於共同節點，調整信號產生於共同節點。
於本發明的一實施例中，調整電路包括第一放大器與延遲運算電路，第一放大器之第一輸入端接收誤差信號，第一放大器之第二輸入端耦接第一放大器之輸出端，第一放大器之輸出端耦接延遲運算電路。
於本發明的一實施例中，延遲運算電路包括電阻、第一電容及第一電流源，電阻之一端耦接第一放大器之輸出端與第一放大器之第二輸入端，電阻之另一端、第一電容及第一電流源耦接於共同節點，調整信號產生於共同節點。
於本發明的一實施例中，調整信號與誤差信號之關係如 下述表示式：V1=(Err-Vw)Delay ，其中V1為調整信號，Err為誤差信號，Vw為預設電壓差值，Delay是指調整信號延遲所述誤差信號的預設時間。
於本發明的一實施例中，時間產生單元包括第二比較器與控制電路，第二比較器接收誤差信號與第一預設電壓，以控制控制電路產生時間信號。第一預設電壓與調整信號相關。
本發明另提供了一種電源轉換器之時間信號產生方法，時間信號產生方法包括步驟：接收關聯於電源轉換器之輸出電壓的誤差信號；藉由誤差信號與延遲運算手段來產生調整信號；以及依據誤差信號、調整信號及控制信號來產生時間信號。時間信號的寬度隨誤差信號與調整信號而改變。
基於上述，在本發明中的時間產生器利用關聯於電源轉換器之輸出電壓的誤差信號與延遲運算手段來產生調整信號。時間產生器根據誤差信號、調整信號及控制信號來產生時間信號。此時間信號可用來調整輸出級內的上橋開關與下橋開關的導通時間寬度，或是用來調整輸出級內的上橋開關與下橋開關的斷開時間寬度。由於在負載瞬間變化時，時間產生器所提供的時間信號可以有效地加速收斂輸出電壓，因此能夠穩定輸出電壓並且縮短振盪時間，從而得以解決先前技術所述及的問題。
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。
100‧‧‧電源轉換器
110‧‧‧比較器
120‧‧‧時間控制電路
410、420、430、440、450‧‧‧波形
500、500A‧‧‧電源轉換器
510‧‧‧直流轉直流控制器
520、A1、A2、A4、A5‧‧‧放大器
530‧‧‧補償電路
540、A3、A6‧‧‧比較器
550‧‧‧斜坡產生器
560、560A‧‧‧時間產生器
570‧‧‧邏輯控制單元
580‧‧‧驅動器
590‧‧‧輸出級
592‧‧‧穩壓電路
594‧‧‧回授電路
610、910‧‧‧調整電路
620、920‧‧‧延遲運算電路
630、930‧‧‧時間產生單元
640、940‧‧‧控制電路
810、820、830、840、850‧‧‧波形
CM‧‧‧比較信號
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
Err‧‧‧誤差信號
GND‧‧‧接地端
Iload‧‧‧負載電流
IV1‧‧‧第一反相器
IV2‧‧‧第二反相器
IV3‧‧‧第三反相器
IV4‧‧‧第四反相器
IV5‧‧‧第五反相器
IV6‧‧‧第六反相器
IV7‧‧‧第七反相器
IV8‧‧‧第八反相器
I1‧‧‧第一電流源
I2‧‧‧第二電流源
I3‧‧‧第三電流源
I4‧‧‧第四電流源
L‧‧‧電感器
LG‧‧‧下橋開關
N1、N2‧‧‧共同節點
PWM‧‧‧脈寬調變信號
RAMP‧‧‧斜坡信號
R1‧‧‧第一電阻
R2‧‧‧第二電阻
ST‧‧‧控制信號
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
SW5‧‧‧第五開關
SW6‧‧‧第六開關
S1‧‧‧第一信號
Td‧‧‧時間
Ton‧‧‧導通時間
TON、TOFF‧‧‧時間信號
UG‧‧‧上橋開關
Vin‧‧‧輸入電壓
Vfb‧‧‧回授信號
VDD‧‧‧工作電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vramp‧‧‧斜坡信號
Vref‧‧‧參考電壓
Vx、Vw‧‧‧預設電壓差值
V1、V3‧‧‧調整信號
V2‧‧‧第一預設電壓
V4‧‧‧第二預設電壓
Won、Woff‧‧‧重置信號
Xon‧‧‧導通時間信號
△Vx、△Vw‧‧‧壓差
(Err-Vw)Delay ‧‧‧延遲電壓(等同於V1)
(Err+Vw)Delay ‧‧‧延遲電壓(等同於V3)
S1101~S1105‧‧‧本發明一示範 性實施例的時間信號產生方法 的各步驟
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，所附圖式是與說明書的描述一起用來說明本發明的原理。
圖1為習知基於固定導通時間架構的直流轉直流轉換電路示意圖。
圖2為電源轉換器100中的波形示意圖。
圖3為另一習知可調整導通時間機制的波形示意圖。
圖4是習知固定導通時間機制與可調整導通時間機制的波形比較示意圖。
圖5A是根據本發明實施例的具有固定導通時間機制之電源轉換器的架構示意圖。
圖5B是根據本發明實施例的具有固定關閉時間機制之電源轉換器的架構示意圖。
圖6是根據本發明實施例的時間產生器560的電路示意圖。
圖7是時間產生器560的波形示意圖。
圖8是習知固定導通時間機制與應用了時間產生器560的波形比較示意圖。
圖9是根據本發明另一實施例的時間產生器560A的電路示意圖。
圖10是時間產生器的波形示意圖。
圖11繪示為本發明實施例的時間信號產生方法的流程圖。
現在將詳細參考本發明的實施例，並在附圖中說明所述 的實施例的實例。另外，在圖式及實施方式中所使用的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之元件。術語「電路」表示為至少一元件或多個元件，或者主動的且/或被動的而耦接在一起的元件以提供合適功能。術語「信號」表示為至少一電流、電壓、負載、溫度、資料或其他信號。
圖5A是根據本發明實施例的具有固定導通時間(const on time，COT)機制之電源轉換器的架構示意圖。請參閱圖5A。電源轉換器500包括直流轉直流控制器510、輸出級590、電感器L、穩壓電路592以及回授電路594。在其他實施例中，輸出級590又可稱之為電源級(Power Stage)。
直流轉直流控制器510包括放大器520、補償電路530、比較器540、斜坡產生器550、時間產生器560、邏輯控制單元570以及驅動器580。在本實施例中，放大器520例如為轉導(Transconductance)放大器，在其他實施例中，放大器520可為誤差放大器。放大器520的第一輸入端接收回授信號Vfb，而放大器520的第二輸入端接收參考電壓Vref。回授信號Vfb為輸出電壓Vout的比例信號。放大器520根據參考電壓Vref與回授信號Vfb提供誤差信號Err。補償電路530用以補償及穩定誤差信號Err。在本實施例中，斜坡產生器550可受到邏輯控制單元570的控制，並用於產生斜坡信號Vramp。在其他實施例中，斜坡產生器550可不受邏輯控制單元570的控制。此外，斜坡信號Vramp 又可稱為類斜坡信號、三角坡信號或鋸齒坡信號，其可以為重複-下降形式的斜坡或是重複-上升形式的斜坡，端視應用而決定。
比較器540比較斜坡信號Vramp與誤差信號Err，並產生控制信號ST。邏輯控制單元570根據時間信號TON(或TOFF)進行計算，據以產生脈寬調變信號PWM。驅動器580根據脈寬調變信號PWM來驅動輸出級590，據以控制上橋開關(high side switch)UG和下橋開關(low side switch)LG。輸出級590用以對輸入電壓Vin做直流轉直流的轉換，從而電源轉換器500可以產生並輸出一輸出電壓Vout。此外，當負載電流Iload在瞬間發生變化時，輸出電壓Vout會隨之變動。
圖5B是根據本發明實施例的具有固定關閉時間(constant off time)機制之電源轉換器的架構示意圖。請參閱圖5B。電源轉換器500A的電路架構類似於電源轉換器500，因此相同的部件不再贅述。圖5A和圖5B之間的差別在於放大器520和放大器520A的輸入方式。在圖5B中，放大器520A的第一輸入端接收回授信號Vfb，而放大器520A的第二輸入端接收參考電壓Vref。因此，圖5B之誤差信號Err與輸出信號Vout同相；圖5A之誤差信號Err與輸出信號Vout反相。
圖6是根據本發明實施例的時間產生器560的電路示意圖。請合併參閱圖5A和圖6。時間產生器560於直流轉直流控制器510之中可對輸出電壓Vout進行調節。時間產生器560包括調整電路610以及時間產生單元630。調整電路610包括延遲運算電路620。時間產生單元630耦接調整電路610。
於本實施例中，調整電路610接收關聯於電源轉換器500 之輸出電壓Vout的誤差信號Err，且藉由誤差信號Err與延遲運算電路620來產生調整信號V1。時間產生單元630依據誤差信號Err、調整信號V1及控制信號ST來產生時間信號TON。時間信號TON的寬度將隨誤差信號Err與調整信號V1而改變。控制信號ST關聯於電源轉換器500之斜波信號Vramp。關於時間產生器560的細節將於後文做詳細描述。
控制信號ST為電源轉換器500之比較器540的比較結果。比較器540的一輸入端接收誤差信號Err，且比較器540的另一輸入端接收斜波信號Vramp。
調整電路610包括放大器A1與延遲運算電路620。延遲運算電路620包括第一電阻R1、第一電流源I1以及第一電容器C1。第一電阻R1、第一電流源I1及第一電容器C1耦接於共同節點N1。放大器A1一輸入端耦接其輸出端，並且放大器A1的另一輸入端耦接誤差信號Err。第一電阻R1的第一端耦接放大器A1的輸出端。第一電流源I1耦接於第一電阻R1的第二端與接地端GND之間。第一電容器C1耦接於第一電阻R1的第二端與接地端GND之間。因此，在共同節點N1可產生調整信號V1。調整信號V1為誤差信號Err減預設電壓差值Vw的結果，並且第一電容器C1可延遲所述調整信號V1。調整信號V1與誤差信號Err之關係如下述表示式：V1=(Err-I1×R1)Delay =(Err-Vw)Delay ，其中V1為調整信號，Err為誤差信號，Vw為預設電壓差值，Delay是指調整信號延遲所述誤差信號的預設時間。
時間產生單元630包括比較器A3與控制電路640。比較 器A3的一輸入端接收誤差信號Err，另一輸入端接收第一預設電壓V2。比較器A3的輸出端產生重置信號Won，用以控制第三開關SW3。比較器A3用以控制控制電路640產生時間信號TON。第一預設電壓V2與調整信號V1相關。
控制電路640包括第二開關SW2、第三開關SW3、第一反相器IV1、第二反相器IV2、第三反相器IV3、第四反相器IV4、放大器A2、第二電容器C2、第二電流源I2以及第一開關SW1。
當圖5A的斜坡信號Vramp為重複-下降形式的斜坡，則在誤差信號Err大於斜坡信號Vramp時將導通第二開關SW2並斷開第一開關SW1，並且第二電容器C2由放大器A2的第一輸入端所鎖定的電壓位準開始充電，其中充電電流為I2。放大器A2的第二輸入端所參考的電壓位準為調整信號V1。
當決定導通時間的第一預設電壓V2達到誤差信號Err的電壓值時，重置信號Won將使第三開關SW3導通，於是第四反相器IV4輸出第一信號S1使第三開關SW3導通，亦即釋放第二電容器C2上的能量，從而第一預設電壓V2被箝制在延遲電壓(Err-Vw)Delay (此延遲電壓等同於V1)。
圖7是時間產生器560的波形示意圖。請合併參閱圖6和圖7。誤差信號Err與調整信號V1的波形在時間軸相差一時間Td。時間產生單元630根據誤差信號Err、調整信號V1及控制信號ST所形成的電壓差異區間{Err~(Err-Vw)Delay }來產生時間信號TON。由於誤差信號Err與調整信號V1相差一時間Td，因此所述電壓差異區間{Err~(Err-Vw)Delay }的壓差△Vw=Err-(Err-Vw)Delay 且可能呈現三種情況：壓差△Vw等於Vw(Vw=I1×R1)； 壓差△Vw大於Vw；壓差△Vw小於Vw。
時間信號TON將隨著如圖5A的輸出電壓Vout的改變而變動。時間產生單元630在壓差△Vw大於Vw時，將時間信號TON的導通時間拉長(亦即可被用來拉長輸出級的上橋開關的導通時間，或相對地被用來縮短輸出級的下橋開關的導通時間)。時間產生單元630在壓差△Vw小於Vw時，將時間信號TON的導通時間縮短(亦即可被用來縮短輸出級的上橋開關的導通時間，或相對地被用來拉長輸出級的下橋開關的導通時間)。
時間信號TON可被用來控制輸出級的開關導通時間。當發生負載電流發生瞬間變化(transient)時，時間信號TON可因應輸出電壓的變化而先增加脈寬調變信號PWM的脈波寬度，並於輸出電壓Vout的能量漸足時再適時地縮小脈波寬度。故，直流轉直流控制器可以根據時間信號TON適應性調整脈寬調變信號PWM的脈波寬度，據以調節輸出電壓。
圖8是習知固定導通時間機制與應用了時間產生器560的波形比較示意圖。固定導通時間機制中的輸出電壓Vout與負載電流Iload的波形分別標示為810、830。本發明實施例的輸出電壓Vout與負載電流Iload的波形分別標示為820、840，而負載電流Iload的理想波形標示為850。由圖8的波形比較，可調整導通時間機制的負載電流(波形840)爬升速度相較於固定導通時間機制的負載電流(波形830)為快。此外，本發明實施例的輸出電壓Vout(波形820)會很快地收斂，因此能夠穩定輸出電壓Vout並且縮短振盪時間。
圖9是根據本發明另一實施例的時間產生器560A的電路 示意圖，其適用於固定關閉時間(const off time)機制。此外，類似於圖6的電路架構，時間信號TOFF可被用來控制輸出級的上橋開關或下橋開關的導通/斷開時間。時間產生器560A於電源轉換器器500之中可對輸出電壓Vout進行調節。時間產生器560A包括調整電路910與時間產生單元930。調整電路910包括延遲運算電路920。時間產生單元930耦接調整電路910。上述各個電路的功能及其運作與上述第一實施例類似，惟，時間產生單元930依據誤差信號Err、調整信號V3及控制信號ST來產生時間信號TOFF。時間信號TOFF的寬度將隨誤差信號Err與調整信號V3而改變。
此外，延遲運算電路920所設置的位置也與上述第一實施例不同。第一實施例中的延遲運算電路620耦接在放大器A1的反相輸入端與接地端之間，本實施例的延遲運算電路920耦接在放大器A4與工作電壓VDD之間。因此，調整信號V3與誤差信號Err之關係如下述表示式：V3=(Err+I3×R2)Delay =(Err+Vx)Delay ，其中V3為調整信號，Err為誤差信號，Vx為預設電壓差值，Delay是指調整信號延遲所述誤差信號的預設時間。
時間產生單元930包括比較器A6與控制電路940。控制電路940包括第一反相器IV1、第六反相器IV6、第七反相器IV7、第八反相器IV8、第五開關SW5、第六開關SW6、放大器A5、第四電容器C4、第四電流源I4以及第四開關SW4。時間產生單元930還可包括第五反相器IV5。
當圖5A的斜坡信號Vramp為重複-上升型式的斜坡，則 在誤差信號Err大於斜坡信號Vramp時將導通第五開關SW5並斷開第四開關SW4，並且第四電容器C4由放大器A5的反相輸入端所鎖定的電壓位準開始充電，其中充電電流為I4。比較器A6的反相輸入端所參考的電壓位準為調整信號V3。
當決定導通時間的第二預設電壓V4達到延遲電壓(Err+Vx)Delay (此延遲電壓等同於V3)時，重置信號Woff將使第六開關SW6導通，於是第六反相器IV6輸出第一信號S1使第四開關SW4導通，亦即釋放第四電容器C4上的能量，從而第二預設電壓V4被箝制在誤差信號Err。
圖10是時間產生器的波形示意圖。在圖10中繪示了兩種時間產生器560和560A的波形。關於時間產生器560的波形可參閱圖7的描述而不加以贅述。請合併參閱圖9和圖10。誤差信號Err與調整信號V3的波形在時間軸相差一時間Td。時間產生單元930根據誤差信號Err、調整信號V3及控制信號ST所形成的電壓差異區間{(Err+Vx)Delay ~Err}來產生時間信號TOFF。由於誤差信號Err與調整信號V3相差時間Td，因此所述電壓差異區間{(Err+Vx)Delay ~Err}的壓差△Vx=(Err+Vx)Delay -Err且可能呈現三種情況：壓差△Vx等於Vx(亦即I3×R2)；壓差△Vx大於Vx；壓差△Vx小於Vx。
時間信號TOFF將隨著如圖5A的輸出電壓Vout的改變而變動。時間產生單元930在壓差△Vx小於Vx時，將時間信號TOFF的斷開時間拉長(亦即可被用來拉長輸出級的上橋開關的斷開時間，或相對地被用來縮短輸出級的下橋開關的斷開時間)。此外，時間產生單元930在壓差△Vx大於Vx時，將時間信號TOFF 的斷開時間縮短(亦即可被用來縮短輸出級的上橋開關的斷開時間，或相對地被用來拉長輸出級的下橋開關的斷開時間)。
時間信號TOFF可被用來控制輸出級的開關斷開時間。當發生負載瞬變時，時間信號TOFF可因應輸出電壓Vout的變化而先增加脈寬調變信號PWM的脈波寬度，並於輸出電壓Vout的能量漸足時再適時地縮小脈波寬度。故，直流轉直流控制器可以根據時間信號TOFF適應性調整脈寬調變信號PWM的脈波寬度，據以調節輸出電壓。
基於上述實施例所揭示的內容，圖5A中的誤差信號Err與輸出電壓Vout反相。當圖5A的斜坡信號Vramp為重複-下降形式的斜坡時，若運用所述時間產生單元630則可經由預設電壓差值Vw算出時間信號TON。當圖5A的斜坡信號Vramp為重複-上升形式的斜坡時，若運用所述時間產生單元930則可經由預設電壓差值Vx算出時間信號TOFF。
另外，圖5B中的誤差信號Err與輸出電壓Vout同相。本領域的技術人員可以根據上述揭示的內容推演出應用於圖5B的技術。亦即，當圖5B的斜坡信號Vramp為重複-上升形式的斜坡時，若運用所述時間產生單元630則可經由預設電壓差值Vx算出時間信號TON。當圖5B的斜坡信號Vramp為重複-下降形式的斜坡時，若運用所述時間產生單元930則可經由預設電壓差值Vw算出時間信號TOFF。故，本發明實施例時間產生單元可經由電壓差異區間{Err~(Err-Vw)Delay }、{(Err+Vx)Delay ~Err}算出時間信號TON/TOFF。
另外，基於上述實施例所揭示的內容，可以彙整出一種 通用的電源轉換器之時間信號產生方法。更清楚來說，圖11繪示為本發明實施例的時間信號產生方法的流程圖。請參閱圖11，本實施例的時間信號產生方法適用於直流轉直流控制器之中對輸出電壓進行調節，且可以包括以下步驟：
接收關聯於電源轉換器之輸出電壓Vout(如圖5A的繪示)的誤差信號Err(步驟S1101)。
藉由誤差信號Err與延遲運算手段來產生調整信號V1(步驟S1103)，其中延遲運算手段例如圖6的延遲運算電路620或是圖9的延遲運算電路920。
接著，依據誤差信號Err、調整信號V1及控制信號ST來產生時間信號TON/TOFF。值得一提的是，時間信號TON/TOFF的寬度會隨誤差信號與調整信號而改變，控制信號ST是關聯於電源轉換器之斜波信號Vramp(步驟S1105)。
綜上所述，在本發明中的時間產生器利用關聯於電源轉換器之輸出電壓的誤差信號與延遲運算手段來產生調整信號。時間產生器根據誤差信號、調整信號及控制信號來產生時間信號。此時間信號可用來調整輸出級內的上橋開關與下橋開關的導通時間寬度，或是用來調整輸出級內的上橋開關與下橋開關的斷開時間寬度。由於在負載瞬間變化時，時間產生器所提供的時間信號可以有效地加速收斂輸出電壓，因此能夠穩定輸出電壓並且縮短振盪時間，從而得以解決先前技術所述及的問題。
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。
560‧‧‧時間產生器
610‧‧‧調整電路
620‧‧‧延遲運算電路
630‧‧‧時間產生單元
640‧‧‧控制電路
A1、A2‧‧‧放大器
A3‧‧‧比較器
C1‧‧‧第一電容器
C2‧‧‧第二電容器
Err‧‧‧誤差信號
GND‧‧‧接地端
IV1‧‧‧第一反相器
IV2‧‧‧第二反相器
IV3‧‧‧第三反相器
IV4‧‧‧第四反相器
I1‧‧‧第一電流源
I2‧‧‧第二電流源
N1‧‧‧共同節點
R1‧‧‧第一電阻
ST‧‧‧控制信號
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
S1‧‧‧第一信號
TON‧‧‧時間信號
VDD‧‧‧工作電壓
Vw‧‧‧預設電壓差值
V1‧‧‧調整信號
V2‧‧‧第一預設電壓
Won‧‧‧重置信號
(Err-Vw)Delay ‧‧‧延遲電壓(等同於V1)

Claims (13)

  1. 一種電源轉換器之時間產生器，包括：一調整電路，接收關聯於該電源轉換器之一輸出電壓的一誤差信號，且藉由該誤差信號與一延遲運算電路來產生一調整信號；以及一時間產生單元，耦接該調整電路，且依據該誤差信號、該調整信號及一控制信號來產生一時間信號，其中該時間信號的寬度隨該誤差信號與該調整信號而改變。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的時間產生器，其中該控制信號為該電源轉換器之一第一比較器的比較結果，該第一比較器接收該誤差信號與一斜波信號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的時間產生器，其中該控制信號為關聯於該電源轉換器之一斜波信號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的時間產生器，其中該延遲運算電路包括一電阻、一第一電容及一第一電流源，該電阻、該第一電容及該第一電流源耦接於一共同節點，該調整信號產生於該共同節點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的時間產生器，其中該調整電路包括一第一放大器與該延遲運算電路，該第一放大器之一第一輸入端接收該誤差信號，該第一放大器之一第二輸入端耦接該第一放大器之一輸出端，該第一放大器之輸出端耦接該延遲運算電路。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的時間產生器，其中該延遲運算電路包括一電阻、一第一電容及一第一電流源，該電阻之一端 耦接該第一放大器之輸出端與該第一放大器之第二輸入端，該電阻之另一端、該第一電容及該第一電流源耦接於一共同節點，該調整信號產生於該共同節點。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的時間產生器，其中該調整信號與該誤差信號之關係如下述表示式：V1=(Err-Vw)Delay ，其中V1為該調整信號，Err為該誤差信號，Vw為一預設電壓差值，Delay是指該調整信號延遲該誤差信號的一預設時間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的時間產生器，其中該時間產生單元包括一第二比較器與一控制電路，該第二比較器接收該誤差信號與一第一預設電壓，以控制該控制電路產生該時間信號，其中該第一預設電壓與該調整信號相關。
  9. 一種電源轉換器之時間信號產生方法，包括：接收關聯於該電源轉換器之一輸出電壓的一誤差信號；藉由該誤差信號與一延遲運算手段來產生一調整信號；以及依據該誤差信號、該調整信號及一控制信號來產生一時間信號，其中該時間信號的寬度隨該誤差信號與該調整信號而改變。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的時間信號產生方法，其中該控制信號為該電源轉換器之一第一比較器的比較結果，該第一比較器接收該誤差信號與一斜波信號。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的時間信號產生方法，其中該延遲運算手段為使用一延遲運算電路，該延遲運算電路包括一電阻、一第一電容及一第一電流源，該電阻、該第一電容及該第一電流源耦接於一共同節點，該調整信號產生於該共同節點。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的時間信號產生方法，其中該調整信號與該誤差信號之關係如下述表示式：V1=(Err-Vw)Delay ，其中V1為該調整信號，Err為該誤差信號，Vw為一預設電壓差值，Delay是指該調整信號延遲該誤差信號的一預設時間。
  13. 如申請專利範圍第9項所述的時間信號產生方法，其中依據該誤差信號、該調整信號及該控制信號來產生該時間信號的步驟包括：使用一時間產生單元來產生該時間信號，該時間產生單元包括一第二比較器與一控制電路，該第二比較器接收該誤差信號與一第一預設電壓，以控制該控制電路產生該時間信號，其中該第一預設電壓與該調整信號相關。
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Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9252606B1 (en) * 2014-12-24 2016-02-02 StoreDot Ltd. Devices for adaptive fast-charging of mobile devices
TW201635681A (zh) * 2015-03-19 2016-10-01 力智電子股份有限公司 時間信號產生電路及時間信號產生方法
US9735680B2 (en) * 2015-07-23 2017-08-15 Mediatek Inc. Constant on-time pulse width control-based scheme including capabilities of fast transient response and adaptively adjusting on-time pulse width
US9954440B2 (en) * 2016-05-13 2018-04-24 Mediatek Inc. Controller for DC/DC power converters
US10199929B2 (en) * 2016-10-03 2019-02-05 Texas Instruments Incorporated Transient event detector circuit and method
TW201917999A (zh) * 2017-10-17 2019-05-01 力智電子股份有限公司 電源轉換裝置、時間信號產生器與其方法
US11509210B1 (en) * 2021-06-14 2022-11-22 Texas Instruments Incorporated Frequency synchronization for a voltage converter

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070013356A1 (en) * 2005-02-10 2007-01-18 Intersil Americas Inc. PWM controller with dual-edge modulation using dual ramps
US20080030181A1 (en) * 2006-08-04 2008-02-07 Kuo Ping Liu Control circuit and method for a constant on-time PWM switching converter
TW200921317A (en) * 2007-07-27 2009-05-16 Ricoh Co Ltd Switching regulator and method for controlling operation thereof
TW201025813A (en) * 2008-12-22 2010-07-01 Mediatek Inc Voltage converters and voltage generating methods
TW201315106A (zh) * 2011-08-12 2013-04-01 Monolithic Power Systems Inc 直流至直流轉換電路的控制電路和控制方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7132820B2 (en) * 2002-09-06 2006-11-07 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator
US7345464B2 (en) * 2004-09-16 2008-03-18 Semiconductor Components Industries, L.L.C. PWM power supply controller having multiple PWM signal assertions and method therefor
CN100466434C (zh) * 2005-02-10 2009-03-04 英特赛尔美国股份有限公司 具有利用双斜坡的双边沿调制的脉冲宽度调制控制器
JP4691404B2 (ja) * 2005-06-24 2011-06-01 三洋電機株式会社 スイッチング制御回路、自励型ｄｃ−ｄｃコンバータ
US7453246B2 (en) * 2005-11-16 2008-11-18 Intersil Americas Inc. Adaptive PWM pulse positioning for fast transient response
JP5014714B2 (ja) * 2006-09-12 2012-08-29 株式会社リコー スイッチングレギュレータ及びスイッチングレギュレータの制御回路
JP4823003B2 (ja) * 2006-09-28 2011-11-24 富士通セミコンダクター株式会社 同期整流型電源装置の制御回路、同期整流型電源装置及びその制御方法
US8174250B2 (en) * 2007-10-04 2012-05-08 International Rectifier Corporation Fixed frequency ripple regulator
TW200939632A (en) * 2008-03-11 2009-09-16 Richtek Technology Corp Rapid response generating circuit and the method thereof, multi-phase voltage regulator and the rapid response method
US8148967B2 (en) * 2008-08-05 2012-04-03 Intersil Americas Inc. PWM clock generation system and method to improve transient response of a voltage regulator
TWI384742B (zh) * 2009-08-20 2013-02-01 Richtek Technology Corp 根據負載電流自動調整輸出電壓的電壓調節器及其方法
TW201206043A (en) * 2010-03-02 2012-02-01 Monolithic Power Systems Inc Voltage converters
US8487593B2 (en) * 2010-04-22 2013-07-16 Intersil Americas Inc. System and method for detection and compensation of aggressive output filters for switched mode power supplies
CN101924469B (zh) * 2010-08-06 2012-10-24 东南大学 具有快速瞬态响应的开关电源
US8786270B2 (en) * 2010-11-08 2014-07-22 Intersil Americas Inc. Synthetic ripple regulator with frequency control
TWI477048B (zh) * 2011-07-27 2015-03-11 Upi Semiconductor Corp 直流對直流轉換器及其電壓轉換方法
JP5841375B2 (ja) * 2011-08-10 2016-01-13 ローム株式会社 降圧ｄｃ／ｄｃコンバータおよびその制御回路、それを用いた照明機器
CN103078498B (zh) * 2012-12-27 2015-07-29 华为技术有限公司 一种电压转换电路及其使用方法
US9431906B2 (en) * 2013-03-29 2016-08-30 Chengdu Monolithic Power Systems Co., Ltd. Voltage converter circuit and associated control method to improve transient performance

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070013356A1 (en) * 2005-02-10 2007-01-18 Intersil Americas Inc. PWM controller with dual-edge modulation using dual ramps
US20080030181A1 (en) * 2006-08-04 2008-02-07 Kuo Ping Liu Control circuit and method for a constant on-time PWM switching converter
TW200921317A (en) * 2007-07-27 2009-05-16 Ricoh Co Ltd Switching regulator and method for controlling operation thereof
TW201025813A (en) * 2008-12-22 2010-07-01 Mediatek Inc Voltage converters and voltage generating methods
TW201315106A (zh) * 2011-08-12 2013-04-01 Monolithic Power Systems Inc 直流至直流轉換電路的控制電路和控制方法

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