TWI496399B - 定時啟動模式的控制模組及其電壓轉換裝置 - Google Patents

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Description

定時啟動模式的控制模組及其電壓轉換裝置
本發明係指一種用於定時啟動的控制模組及其電壓轉換裝置，尤指一種能夠穩定操作於相異頻率的定時啟動模式的控制模組及其電壓轉換裝置。
電子裝置通常包含有不同的電路元件，每一電路元件所需的操作電壓可能不同。因此，在電子裝置中，需要透過直流對直流電壓轉換電路，達到電壓準位的調節(升壓或降壓)，並使之穩定在所設定的電壓數值。依不同的電源需求，可延伸出許多不同型態的直流對直流電壓轉換器(DC/DC converter)，但其皆源自於降壓式轉換器(Buck/Step Down Converter)及升壓式轉換器(Boost/Step Up Converter)。顧名思義，降壓式轉換器可將輸入端的直流電壓下降至一預設電壓準位，而升壓式轉換器則可提升輸入端的直流電壓。不論降壓式轉換器或升壓式轉換器，隨著電路技術的演進，兩者皆已演變出許多變化，以適用於不同的架構，或符合不同的需求。
請參考第1圖，第1圖係為一先前技術之降壓式直流/直流轉換器100之示意圖。降壓式直流/直流轉換器100係用以將一輸入電壓源VIN(設其上電壓為VIN)降壓為一輸出電壓源VOUT(設其上電壓為VOUT)。如第1圖所示，直流/直流轉換器100包含一控制電路110、一開關組120、一電感L、一輸出電容COUT及一分壓組130。開關組120包含開關Q1與 Q2，分壓組130包含二分壓電阻RB1與RB2，控制電路110包含一比較器CMP1、一脈衝產生器111及一驅動電路112，相關運作原理說明如下。
控制電路110係以定時啟動的方式來控制直流/直流轉換器100之運作，意即每當控制電路110偵測到輸出電壓VOUT低於一預定值時，便會將開關Q1開啟(此時開關Q2關閉)，以讓輸入電源VIN透過開關組120導通至電感L一固定時間(on time)。
當直流/直流轉換器100運作時，電感L上會載有電感電流IL，此電感電流IL會流入輸出電容COUT之等效串聯電阻(equivalent serial resistor)RE，因此電阻RE上會載有反應電感電流IL之電感電壓VL。如第1圖所示，電感電壓VL會因為開關Q1的開啟/關閉而形成如鋸齒狀之波形。比較器CMP1藉由分壓電阻RB1與RB2來接收由電感電壓VL與輸出電壓VOUT分壓之後的回授電壓VFB，並與參考電壓VREF1進行比較，以判斷何時將開關Q1開啟。更明確地說，當比較器CMP1之負輸入端上之電壓(回授電壓)低於其正輸入端上之電壓(參考電壓VREF1)時，表示輸出電壓VOUT過低，需要開啟開關Q1以讓輸入電源VIN對電感L與輸出電容COUT進行充電，此時比較器CMP1會控制脈衝產生器111產生脈衝訊號PON。當脈衝產生器111被比較器CMP1觸發時，脈衝產生器111會產生一預定時間長度TP與預定邏輯之脈衝訊號PON。驅動電路112再根據脈衝訊號PON，控制開關組120。也就是說，當驅動電路112接收到脈衝訊號PON時，開關Q1會被驅動以開啟該預定時間長度TP。此外，開關Q1與Q2除在遲滯時間(dead time)內兩者皆為關閉狀態外，其餘時間開關Q1與Q2為相反運作，亦即當開關Q1開啟時，開關Q2關閉；當開關Q2開啟時，開關Q1關閉。依此方式，控制電路110便能以定時開啟的方式來控制直流/直流轉換器100之正常運作。
然而，並非每種電容都具有等效串聯電阻，且由於製程技術的進步，電容的等效電阻值也越來越小或甚至接近0。舉例來說，積層陶瓷電容(Multi-layer Ceramic Capacitor,MLCC)便具有相當理想的電容性質也因此沒有等效串聯電阻的存在。如此一來，當使用者使用積層陶瓷電容來作為輸出電容COUT時，便不存在等效串聯電阻RE，因而無法將電感電流IL反映出來，造成控制電路110無法有效根據電感電壓VL來控制直流/直流轉換器100。控制電路110雖然仍可根據輸出電壓VOUT的回授來進行操作，但是由於輸出電容COUT，使得輸出電壓VOUT的相位會遠落後於電感電壓VL的相位，而讓控制電路110無法及時反應輸出電壓VOUT的變化，如此以積層陶瓷電容作為輸出電容的直流/直流轉換器100便無法穩定地操作於定時開啟模式，帶給使用者極大的不便。
為了解決上述的問題，本發明提出一種能夠穩定操作於相異切換頻率的定時啟動模式的控制模組及其電壓轉換裝置。
本發明揭露一種定時啟動模式的控制模組，用於一電壓轉換裝置，該控制模組包含有一比較單元，包含有：一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生一比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與對應於該電壓轉換裝置輸出的一輸出電壓的一回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；以及一比較電壓產生單元，包含有一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及該第一端之間；以及一開關，用來根據一控制訊號，控制一第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一正輸入端及該第二參考電壓，用來取得該加強回授 電壓的一平均電壓，並根據該平均電壓及該第二參考電壓間的一電壓差，調整該第一參考電壓。
本發明另揭露一種電壓轉換裝置，包含有一電壓轉換模組，用來根據一驅動訊號及一輸入電壓，產生一輸出電壓，並根據該輸出電壓，產生一回授電壓；一驅動模組，用來根據一比較訊號，產生該驅動訊號及一控制訊號；以及一控制模組，包含有一比較單元，包含有一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生該比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與該回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；一比較電壓產生單元，包含有一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及該第一端之間；以及一開關，用來根據該控制訊號，控制一第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一正輸入端及該第二參考電壓，用來取得該加強回授電壓的一平均電壓，並根據該平均電壓及該第二參考電壓間的一電壓差，調整該第一參考電壓。
本發明另揭露一種定時啟動模式的控制模組，用於一電壓轉換裝置，該控制模組包含有一比較單元，包含有一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生一比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與對應於該電壓轉換裝置輸出的一輸出電壓的一回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；以及一比較電壓產生單元，包含有一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及該第一端之間；以及一開關，用來根據一控制訊號，控制一第一端與地端間的連結；以及一 調整單元，耦接於該第一負輸入端及該第二參考電壓，用來偵測流經該第一電阻的電流的一平均值作為一平均電流，並根據該平均電流調整該加強回授電壓。
本發明另揭露一種電壓轉換裝置，包含有一電壓轉換模組，用來根據一驅動訊號及一輸入電壓，產生一輸出電壓，並根據該輸出電壓，產生一回授電壓；一驅動模組，用來根據一比較訊號，產生該驅動訊號及一控制訊號；以及一控制模組，包含有一比較單元，包含有一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生該比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與該回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；一比較電壓產生單元，包含有一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及該第一端之間；以及一開關，用來根據一控制訊號，控制一第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一負輸入端及該第二參考電壓，用來偵測流經該第一電阻的電流的一平均值作為一平均電流，並根據該平均電流調整該加強回授電壓。
100‧‧‧降壓式直流/直流轉換器
110‧‧‧控制電路
111‧‧‧脈衝產生器
112‧‧‧驅動電路
120‧‧‧開關組
130‧‧‧分壓組
20、50、60‧‧‧電壓轉換裝置
200、500、600‧‧‧電壓轉換模組
202、502、602‧‧‧驅動模組
204、504、604‧‧‧控制模組
206、506、606‧‧‧驅動單元
208、508、608‧‧‧脈衝產生單元
210、510、610‧‧‧比較單元
212、512、612‧‧‧回授電壓產生單元
214、514、614‧‧‧比較電壓產生單元
516、616‧‧‧調整單元
518、620‧‧‧濾波器
520、622‧‧‧位準調整電路
618‧‧‧偵測電路
BUF‧‧‧電壓緩衝器
C1、C2‧‧‧電容
CBOOT‧‧‧靴帶電容
CMP1‧‧‧比較器
COM‧‧‧比較訊號
CON‧‧‧控制訊號
COUT‧‧‧輸出電容
CS、CS1‧‧‧電流源
DIO‧‧‧二極體
DRI‧‧‧驅動訊號
I、I1‧‧‧電流
IAVG‧‧‧平均電流
IL‧‧‧電感電流
IN‧‧‧輸入端
L‧‧‧電感
LS‧‧‧下橋開關
MN1~MN7、MP1~MP7‧‧‧電晶體
OUT‧‧‧輸出端
OTA1~OTA3‧‧‧放大器
OTAOT‧‧‧加強回授電壓
OTASO‧‧‧比較電壓
Q1、Q2‧‧‧開關
RB1、RB2‧‧‧分壓電阻
R1~R4‧‧‧電阻
RE‧‧‧等效串連電阻
RF1、RF2‧‧‧電阻
SW‧‧‧開關
T1~T4‧‧‧時間點
TP、TON、TON1‧‧‧時間長度
US‧‧‧上橋開關
VAVG、VAVG1‧‧‧平均電壓
VFB‧‧‧回授電壓
VGMN5‧‧‧閘極電壓
VIN、VDD‧‧‧輸入電壓
VL‧‧‧電感電壓
VOFFSET‧‧‧偏移電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF、VREF1、VREF’、VREF1’‧‧‧參考電壓
第1圖為一習知降壓式直流/直流轉換器的示意圖。
第2圖為本發明實施例一電壓轉換裝置的示意圖。
第3圖為第2圖所示的電壓轉換裝置運作時相關訊號的示意圖。
第4圖為第2圖所示的電壓轉換裝置運作時相關訊號的另一示意圖。
第5圖為本發明實施例另一電壓轉換裝置的示意圖。
第6A圖為本發明實施例又一電壓轉換裝置的示意圖。
第6B圖為第6A圖所示的調整單元一實施方式的示意圖。
請參考第2圖，第2圖為本發明實施例一電壓轉換裝置20的示意圖。電壓轉換裝置20可為實現於定時開啟(constant on-time)模式的一電壓轉換器(voltage convertor)。如第2圖所示，電壓轉換裝置20包含有一電壓轉換模組200、一驅動模組202及一控制模組204。電壓轉換模組200包含有一上橋開關US、一下橋開關LS、一二極體DIO、一靴帶(boot-strap)電容CBOOT、一電感L、一輸出電容COUT以及電阻RF1、RF2。電壓轉換裝置20可根據一驅動訊號DRI及一輸入電壓VIN，於一輸出端OUT產生輸出電壓VOUT，並可根據輸出電壓VOUT及電阻RF1、RF2間的比例，產生一回授電壓VFB。驅動模組202包含有一驅動單元206及一脈衝產生單元208，用來根據一比較訊號COM，產生用於控制上橋開關US及下橋開關LS的驅動訊號DRI及一控制訊號CON。控制模組204包含有一比較單元210、一回授電壓產生單元212及一比較電壓產生單元214，用來根據回授電壓VFB、參考電壓VREF、VREF1及控制訊號CON，產生比較訊號COM。透過電壓轉換模組200、驅動模組202及控制模組204組成的回授路徑，電壓轉換裝置20可產生準確且穩定的輸出電壓VOUT。
詳細來說，控制模組204係以定時啟動的方式來控制驅動模組202的運作。當比較單元210偵測到加強回授電壓OTAOT低於比較電壓OTASO時，代表輸出電壓VOUT低於一預設值。此時，控制模組204的比較單元210會調整比較訊號COM，以使驅動模組202的驅動單元206切換驅動訊號DRI，從而導通上橋開關US並斷開下橋開關LS一時間長度TON。如此一來，輸入電壓VIN會於時間長度TON中，透過上橋開關US及電感L向輸出電容COUT充電，以提昇輸出電壓VOUT。經過時間長度TON後，驅動模組202的驅動單元206切換驅動訊號DRI，以斷開上橋開關US並導通下橋開關LS。
由於輸出電容COUT未具有等效串聯電阻(equivalent series resistance，ESR)(如一積層陶瓷電容(Multi-layer Ceramic Capacitor，MLCC))，電壓轉換裝置20無法透過利用先前技術的方式偵測流經電感L的電感電流IL，並據以控制導通上橋開關US的時間點。因此，控制模組204需透過虛擬波動(virtual ripple)方式，調整比較訊號COM。
首先，回授電壓產生單元212根據回授電壓VFB及參考電壓VREF、VREF1，利用放大器OTA1及電阻R1放大回授電壓VFB與參考電壓VREF間的電壓差，以取得加強回授電壓OTAOT。另一方面，驅動模組202於切換驅動訊號DRI以導通上橋開關US時，亦同時透過脈衝產生單元208於控制訊號CON中產生一固定時間長度TON1的脈衝，以導通比較電壓產生單元214的一開關SW。如此一來，比較電壓產生單元214中的電流源CS將會對比較電壓OTASO進行放電一時間長度TON1。因此，於驅動單元206導通上橋開關US時，比較電壓OTASO會低於加強回授電壓OTAOT，比較單元210因而切換比較訊號COM。於時間長度TON1後，開關SW斷開，電流源CS停止放電。電壓緩衝器BUF根據參考電壓VREF1產生參考電壓VREF1’(參考電壓VREF1等於參考電壓VREF1’)，並透過電阻R2及電容C1對比較電壓OTASO進行充電。當比較電壓OTASO超越加強回授電壓OTAOT時，比較單元210再次切換比較訊號COM，以使驅動模組202的驅動單元206切換驅動訊號DRI，從而再次於時間長度TON內導通上橋開關US並斷開下橋開關LS。
換句話說，控制訊號CON上產生脈衝時，代表上橋開關US導通，輸入電壓VIN透過電感L開始充電，比較電壓OTASO下降至低於加強回授電壓OTAOT。待時間長度TON1結束後，電壓緩衝器BUF透過電阻R2及 電容C1對比較電壓OTASO進行充電，直至比較電壓OTASO大於加強回授電壓OTAOT。也就是說，本發明係利用控制訊號CON於比較電壓OTASO上產生虛擬波動，以模擬電感L上電感電流IL的變化。如此重複運作，電壓轉換裝置20即可產生準確且穩定的輸出電壓VOUT。
請參考第3圖，第3圖為第2圖所示的電壓轉換裝置20運作時相關訊號的示意圖。如第3圖所示，於時間點T1，比較訊號COM上產生一脈衝，驅動訊號DRI上產生一時間長度為TON的脈衝，以產生高邏輯準位的上橋驅動訊號UG及低邏輯準位的下橋驅動訊號LG，從而分別導通上橋開關US及斷開下橋開關LS。電感電流IL開始上升，以提昇輸出電壓VOUT，加強回授電壓OTAOT亦隨著輸出電壓VOUT開始上升。控制訊號CON上產生的脈衝，可導通開關SW，使比較電壓OTASO下降。經過時間長度TON1(即於時間點T2)，控制訊號CON被切換為低邏輯準位，產生參考電壓VREF1’的電壓緩衝器BUF透過電阻R2及電容C1對比較電壓OTASO進行充電，比較電壓OTASO開始上升。於時間點T3，驅動訊號DRI被切換為低邏輯準位，從而切換上橋驅動訊號UG及下橋驅動訊號LG，以分別斷開上橋開關US及導通下橋開關LS。最後，於時間點T4，比較電壓OTASO超越加強回授電壓OTAOT，比較訊號COM再次被切換，其餘以此類推。
需注意的是，當電壓轉換裝置20的切換頻率固定時，通過合適地設計電阻R2的電阻值及電容C1的電容值，可使比較電壓OTASO與加強回授電壓OTAOT相交於參考電壓VREF1(如第3圖所示)，以使輸出電壓VOUT穩定於設計值。此時，若加快電壓轉換裝置20的切換頻率，比較電壓OTASO與加強回授電壓OTAOT相交的電壓值將會與參考電壓VREF1間產生一偏移電壓。此偏移電壓將會造成電壓轉換裝置20產生的輸出電壓VOUT偏離設計值。
請參考第4圖，第4圖為第2圖所示的電壓轉換裝置20運作時相關訊號的示意圖。相較於第3圖，第4圖中電壓轉換裝置20的切換頻率增加。如第4圖所示，當電壓轉換裝置20進入穩態時，比較電壓OTASO與加強回授電壓OTAOT相交的電壓值將會與參考電壓VREF1間產生一偏移電壓VOFFSET，偏移電壓VOFFSET將會造成輸出電壓VOUT偏離設計值。
為了避免上述的偏移電壓VOFFSET影響電壓轉換裝置的運作，本發明可根據偏移電壓VOFFSET調整用於產生比較訊號COM相關的訊號，達到消除偏移電壓VOFSET的目的。如此一來，本發明所提出的電壓轉換裝置可於不同的切換頻率下產生精準且穩定的輸出電壓。
請參考第5圖，第5圖為本發明實施例一電壓轉換裝置50的示意圖。電壓轉換裝置50相似於電壓轉換裝置20，因此功能相近的元件及訊號沿用相同的符號。如第5圖所示，電壓轉換裝置50包含有一電壓轉換模組500、一驅動模組502及一控制模組504。電壓轉換模組500包含有一上橋開關US、一下橋開關LS、一二極體DIO、一靴帶(boot-strap)電容CBOOT、一電感L、一輸出電容COUT以及電阻RF1、RF2。電壓轉換模組500可根據一驅動訊號DRI及一輸入電壓VIN，於一輸出端OUT產生輸出電壓VOUT，並可根據輸出電壓VOUT及電阻RF1、RF2間的比例，產生一回授電壓VFB。驅動模組502包含有一驅動單元506及一脈衝產生單元508，用來根據一比較訊號COM，產生用於控制上橋開關US及下橋開關LS的驅動訊號DRI及一控制訊號CON。控制模組504包含有一比較單元510、一回授電壓產生單元512、一比較電壓產生單元514及一調整單元516，用來根據回授電壓VFB、參考電壓VREF、VREF1及控制訊號CON，產生比較訊號COM。透過電壓轉換模組500、驅動模組502比較單元510、回授電壓產生單元512 及比較電壓產生單元514組成的回授路徑，電壓轉換裝置50可產生穩定的輸出電壓VOUT。關於電壓轉換裝置50中由電壓轉換模組500、驅動模組502、比較單元510、回授電壓產生單元512及比較電壓產生單元514所組成的回授路徑的運作原理可參照電壓轉換裝置20的相關敘述，為求簡潔，在此不贅述。
不同於電壓轉換裝置20，當比較電壓產生單元514中的電阻R2的電阻值及電容C1的電容值已針對一切換頻率被最佳化且電壓轉換裝置50的切換頻率欲由此切換頻率提高至另一切換頻率時，控制模組504的調整單元516會根據進入穩態時加強回授電壓OTAOT與參考電壓VREF1間的電壓差(即第4圖所示的偏移電壓VOFFSET)，調整輸入至回授電壓產生單元512的參考電壓VREF’(對應於第2圖所示的電壓轉換裝置20的參考電壓VREF)，以防止電壓轉換裝置50輸出的輸出電壓VOUT偏離設計值。詳細來說，調整單元516包含有一濾波器518及一位準調整電路520。濾波器518耦接於加強回授電壓OTAOT，用來取得加強回授電壓OTAOT的平均值作為一平均電壓VAVG。位準調整電路520耦接於濾波器518，用來取得平均電壓VAVG與參考電壓VREF1的電壓差與參考電壓VREF之和，作為輸出至回授電壓產生單元512的參考電壓VREF’。如此一來，由於用來與回授電壓VFB比較的基準被提高(即由參考電壓VREF提昇至參考電壓VREF’)，加強回授電壓OTAOT與比較電壓OTASO相交的電壓值可回歸到參考電壓VREF1。換句話說，透過根據平均電壓VAVG與參考電壓VREF1間的電壓差，調整輸出至回授電壓產生單元512的參考電壓VREF’，電壓轉換裝置50可避免輸出電壓VOUT偏離設計值。
根據不同應用及設計理念，濾波器518及位準調整電路520的實現方式未有所限。舉例來說，濾波器518可為由電阻及電容所組成的一低通 濾波器。位準調整電路520可如第5圖所示包含有放大器OTA2、OTA3及一電阻R3。放大器OTA2之一正輸入端耦接於參考電壓VREF1，一負輸入端耦接於平均電壓VAVG，以及一輸出端耦接於電阻R3的一端。放大器OTA3之一正輸入端耦接於參考電壓VREF，一負輸入端及一輸出端皆耦接於電阻R3的另一端。如此一來，位準調整電路520便可取得平均電壓VAVG與參考電壓VREF1的電壓差與參考電壓VREF之和作為參考電壓VREF’。第5圖所示的位準調整電路520的運作方式應為本領域具通常知識者所熟知，為求簡潔，在此不贅述。
請參考第6A圖，第6A圖為本發明實施例一電壓轉換裝置的示意圖。電壓轉換裝置60相似於電壓轉換裝置50，因此功能相近的元件及訊號沿用相同的符號。電壓轉換裝置60包含有一電壓轉換模組600、一驅動模組602及一控制模組604。電壓轉換模組600包含有一上橋開關US、一下橋開關LS、一二極體DIO、一靴帶(boot-strap)電容CBOOT、一電感L、一輸出電容COUT以及電阻RF1、RF2。電壓轉換模組600可根據一驅動訊號DRI及一輸入電壓VIN，於一輸出端OUT產生輸出電壓VOUT，並可根據輸出電壓VOUT及電阻RF1、RF2間的比例，產生一回授電壓VFB。驅動模組602包含有一驅動單元606及一脈衝產生單元608，用來根據一比較訊號COM，產生用於控制上橋開關US及下橋開關LS的驅動訊號DRI及一控制訊號CON。控制模組604包含有一比較單元610、一回授電壓產生單元612、一比較電壓產生單元614及一調整單元616，用來根據回授電壓VFB、參考電壓VREF、VREF1及控制訊號CON，產生比較訊號COM。透過電壓轉換模組600、驅動模組602比較單元610、回授電壓產生單元612及比較電壓產生單元614組成的回授路徑，電壓轉換裝置60可產生穩定的輸出電壓VOUT。關於電壓轉換裝置60中由電壓轉換模組600、驅動模組602、比較單元610、回授電壓產生單元612及比較電壓產生單元614所組成的回授路徑的運作原 理可參照電壓轉換裝置20的相關敘述，為求簡潔，在此不贅述。
不同於電壓轉換裝置50，電壓轉換裝置60係透過調整加強回授電壓OTAOT，來消除因加快切換頻率所造成的偏移電壓VOFFSET。詳細來說，請參考第6B圖，第6B圖為第6A圖所示的調整單元616一實施方式的示意圖。在此實施例中，比較電壓產生單元614係由一電流源CS1及電晶體MP1~MP4、MN1、MN2所組成，其中電壓緩衝器BUF係由電晶體MP3、MP4、MN2所組成。需注意的是，為求方便說明第6B圖中未繪示開關SW及電流源CS。調整單元616包含有偵測電路618、濾波器620及位準調整電路622。偵測電路618包含有電晶體MN3~MN5、MP5，用來偵測流經電阻R2的電流，並據以產生一閘極電壓VGMN5。濾波器620包含有電阻R4及電容C2，用來根據電壓訊號VGMN5產生一平均電壓VAVG2。位準調整電路622包含有電晶體MN6、MN7、MP6、MP7，用來根據平均電壓VAVG2調整加強回授電壓OTAOT。如此一來，調整單元616可偵測電壓緩衝器BUF因偏移電壓VOFFSET額外產生的電流的一平均值，並根據此平均值來調整加強回授電壓OTAOT，以消除偏移電壓VOFFSET。
關於第6B圖所示的調整單元616的詳細運作程序說明如下。電壓緩衝器BUF係根據電流源CS1所產生的電流I，產生參考電壓VREF1’。第6B圖所示的比較電壓產生單元614的運作原理應為本領域具通常知識者所熟知，為求簡潔，在此不贅述。當電壓轉換裝置60進入穩態時，若加強回授電壓OTAOT與比較電壓OTASO的交界電壓與參考電壓VREF1間具有偏差電壓VOFFSET，電壓緩衝器BUF會額外產生一電流I1，以通過電阻R2對電容C1充電。此時，由於流經電晶體MN3、MN4的電流為電流I減去電流I1，且流經電晶體MP4的電流為電流I，因此流經電晶體MN5的電流即為電流I1。濾波器620透過一電阻R4及一電容C2所組成的低通濾波器，取得電 晶體MN5的閘極電壓VGMN5的一平均值作為平均電壓VAVG1。接下來，由於電晶體MN5~MN7具有相同的長寬比，因此電晶體MN6、MN7會產生的電流為電流I1的一平均電流IAVG。進一步地，透過電晶體MP6、MP7所組成的電流鏡，平均電流IAVG會通過電阻R1，以達到調整加強回授電壓OTAOT的目的。簡單來說，調整單元616係透過偵測比較電壓產生單元614(即電壓緩衝器BUF)因偏移電壓VOFFSET所產生的電流I1的平均電流IAVG，來調整加強回授電壓OTAOT，從而避免輸出電壓VOUT偏離設計值。
需注意的是，上述實施例透過根據偏移電壓VOFFSET調整用於產生比較訊號COM相關的訊號(如參考電壓VREF及加強回授電壓OTAOT)，達到消除偏移電壓VOFSET的目的，以使電壓轉換裝置產生穩定且準確的輸出電壓。本領域具通常知識者應可據以實施合適的更動及修改。
綜上所述，上述實施例的電壓轉換裝置係透過定時開啟及虛擬波動的方式，產生準確且穩定的輸出電壓。進一步地，上述實施例的電壓轉換裝置可消除因改變切換頻率所產生的偏移電壓，從而避免電壓轉換裝置產生的輸出電壓偏離設計值。如此一來，本發明所提出的電壓轉換裝置即可正常操作在不同的切換頻率。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
50‧‧‧電壓轉換裝置
500‧‧‧電壓轉換模組
502‧‧‧驅動模組
504‧‧‧控制模組
506‧‧‧驅動單元
508‧‧‧脈衝產生單元
510‧‧‧比較單元
512‧‧‧回授電壓產生單元
514‧‧‧比較電壓產生單元
516‧‧‧調整單元
518‧‧‧濾波器
520‧‧‧位準調整電路
BUF‧‧‧電壓緩衝器
C1‧‧‧電容
CBOOT‧‧‧靴帶電容
COM‧‧‧比較訊號
CON‧‧‧控制訊號
COUT‧‧‧輸出電容
CS‧‧‧電流源
DIO‧‧‧二極體
DRI‧‧‧驅動訊號
IL‧‧‧電感電流
IN‧‧‧輸入端
L‧‧‧電感
LS‧‧‧下橋開關
OUT‧‧‧輸出端
OTA1~OTA3‧‧‧放大器
OTAOT‧‧‧加強回授電壓
OTASO‧‧‧比較電壓
R1~R3‧‧‧電阻
RF1、RF2‧‧‧電阻
SW‧‧‧開關
US‧‧‧上橋開關
VAVG‧‧‧平均電壓
VFB‧‧‧回授電壓
VIN‧‧‧輸入電壓
VL‧‧‧電感電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VREF、VREF1、VREF’、VREF1’‧‧‧參考電壓

Claims (10)

  1. 一種定時啟動模式的控制模組，用於一電壓轉換裝置，該控制模組包含有：一比較單元，包含有：一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生一比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與對應於該電壓轉換裝置輸出的一輸出電壓的一回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；一比較電壓產生單元，包含有：一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及一第一端之間；以及一開關，用來根據一控制訊號，控制該第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一正輸入端及該第二參考電壓，用來取得該加強回授電壓的一平均電壓，並根據該平均電壓及該第二參考電壓間的一電壓差，調整該第一參考電壓。
  2. 如請求項1所述的控制模組，該調整單元包含有：一濾波器，耦接於該第一正輸入端，用來根據該加強回授電壓，取得該平均電壓；一位準調整電路，耦接於該濾波器、該第二參考電壓及該第三參考電壓， 用來取得該平均電壓及該第二參考電壓的一電壓差，並累加該電壓差及一第三參考電壓，作為該第一參考電壓。
  3. 如請求項2所述的控制模組，該位準調整電路包含有：一第一放大器，包含有一第二正輸入端，耦接於該第二參考電壓，一第二負輸入端，耦接於該平均電壓，以及一第二輸出端，耦接於該第一參考電壓；一第二放大器，包含有一第三正輸入端，耦接於該第三參考電壓，一第三負輸入端，以及一第三輸出端；以及一第二電阻，耦接於該第二輸出端與該第三負輸入端及該第三輸出端之間。
  4. 一種電壓轉換裝置，包含有：一電壓轉換模組，用來根據一驅動訊號及一輸入電壓，產生一輸出電壓，並根據該輸出電壓，產生一回授電壓；一驅動模組，用來根據一比較訊號，產生該驅動訊號及一控制訊號；以及一控制模組，包含有：一比較單元，包含有：一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生該比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與該回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；一比較電壓產生單元，包含有：一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間； 一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及一第一端之間；以及一開關，用來根據該控制訊號，控制該第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一正輸入端及該第二參考電壓，用來取得該加強回授電壓的一平均電壓，並根據該平均電壓及該第二參考電壓間的一電壓差，調整該第一參考電壓。
  5. 如請求項4所述的電壓轉換裝置，該調整單元包含有：一濾波器，耦接於該第一正輸入端，用來根據該加強回授電壓，取得該平均電壓；一位準調整電路，耦接於該濾波器、該第二參考電壓及該第三參考電壓，用來取得該平均電壓及該第二參考電壓的電壓差，並累加該電壓差及一第三參考電壓，作為該第一參考電壓。
  6. 如請求項5所述的電壓轉換裝置，該位準調整電路包含有：一第一放大器，包含有一第二正輸入端，耦接於該第二參考電壓，一第二負輸入端，耦接於該平均電壓，以及一第二輸出端，耦接於該第一參考電壓；一第二放大器，包含有一第三正輸入端，耦接於該第三參考電壓，一第三負輸入端，以及一第三輸出端；以及一第二電阻，耦接於該第二輸出端與該第三負輸入端及該第三輸出端之間。
  7. 一種定時啟動模式的控制模組，用於一電壓轉換裝置，該控制模組包含 有：一比較單元，包含有：一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生一比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與對應於該電壓轉換裝置輸出的一輸出電壓的一回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；以及一比較電壓產生單元，包含有：一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及一第一端之間；以及一開關，用來根據一控制訊號，控制該第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一負輸入端及該第二參考電壓，用來偵測流經該第一電阻的電流的一平均值作為一平均電流，並根據該平均電流調整該加強回授電壓。
  8. 如請求項7所述的控制模組，該調整單元包含有：一偵測電路，耦接於該第一負輸入端及該第二參考電壓，用來偵測流經該第一電阻的電流，以產生一電壓；一濾波器，耦接於該偵測電路，用來根據該電壓訊號，取得一平均電壓；以及一位準調整電路，耦接於該濾波器，用來根據該平均電壓產生該平均電流，以調整該加強回授電壓。
  9. 一種電壓轉換裝置，包含有：一電壓轉換模組，用來根據一驅動訊號及一輸入電壓，產生一輸出電壓，並根據該輸出電壓，產生一回授電壓；一驅動模組，用來根據一比較訊號，產生該驅動訊號及一控制訊號；以及一控制模組，包含有：一比較單元，包含有：一第一正輸入端，用來接收一加強回授電壓；一第一負輸入端，用來接收一比較電壓；以及一第一輸出端，用來產生該比較訊號；一回授電壓產生單元，用來根據一第一參考電壓與該回授電壓間的電壓差，產生該加強回授電壓；一比較電壓產生單元，包含有：一第一電阻，耦接於該第一負輸入端及一第二參考電壓之間；一第一電容，耦接於該第一負輸入端及地端之間；一電流源，耦接於該比較單元的該第一負輸入端及一第一端之間；以及一開關，用來根據一控制訊號，控制該第一端與地端間的連結；以及一調整單元，耦接於該第一負輸入端及該第二參考電壓，用來偵測流經該第一電阻的電流的一平均值作為一平均電流，並根據該平均電流調整該加強回授電壓。
  10. 如請求項9所述的電壓轉換裝置，該調整單元包含有：一偵測電路，耦接於該第一負輸入端及該第二參考電壓，用來偵測流經 該第一電阻的電流，以產生一電壓；一濾波器，耦接於該偵測電路，用來根據該電壓訊號，取得一平均電壓；以及一位準調整電路，耦接於該濾波器，用來根據該平均電壓產生該平均電流，以調整該加強回授電壓。
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