TWI508451B - 鋸齒波產生電路及具有該電路之切換式電力供應元件 - Google Patents

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Description

鋸齒波產生電路及具有該電路之切換式電力供應元件
實施例係關於一種鋸齒波產生電路，且更特定而言係關於一種具有該鋸齒波產生電路之切換式電力供應元件。
此申請案主張於2008年6月23日在韓國知識產權局(KIPO)申請之韓國專利申請案第2008-59124號之優先權，該申請案之揭示內容以全文引用之方式併入本文中。
大體而言，要求供應一電源之電力供應元件操作電子元件。最近，一供應一穩定DC輸出電壓之切換式電力供應(SMPS)元件用於電子元件中。
該SMPS元件使用半導體元件作為切換元件以藉由控制一透過一電感器之電流將一DC輸入電壓轉換成具有各種值的穩定輸出電壓。與一習用線性電力供應元件相比較，該SMPS元件具有高電力轉換效率、小尺寸及輕重量，此乃因該SMPS元件控制該等半導體元件之切換。
該SMPS元件將一與該SMPS元件之一輸出信號成比例之回饋信號與一鋸齒波進行比較以產生一脈寬調變(PWM)時脈信號。一包括於該SMPS元件中之鋸齒波產生電路在使一電容器充電及放電之過程中產生一鋸齒信號。
傳統上，一鋸齒波產生電路所產生之一鋸齒波信號之斜率已由一電容器之充電電流及電容確定，且該鋸齒之斜率已經設計而具有一固定值。
然而，該電容器之該充電電流及該電容可根據一操作條件(例如一製造過程、一操作電壓及一操作溫度)而發生改變。此外，該鋸齒波產生電路中之一寄生電容可根據不同操作條件(例如該製造過程、該操作電壓及該操作溫度)而發生改變。因此，傳統上難以產生一具有一期望斜率之鋸齒波信號。
若一鋸齒波信號之斜率係固定的，則當該鋸齒波信號之一頻率極大時該鋸齒波信號之一波形可失真，且當該鋸齒波信號之一頻率極小時該鋸齒波信號之幅值可係太小。
本發明一般概念提供一種鋸齒波產生電路，其輸出執行校準之後的一鋸齒波信號。
本發明一般概念亦提供一種具有該鋸齒波產生電路之DC-DC轉換器。
本發明一般概念亦提供一種具有該鋸齒波產生電路之切換式電力供應元件。
本發明一般概念之額外態樣及效用將在下文之說明中部分地加以陳述，並且依據本說明將部分地顯而易見，或者可藉由實踐本發明一般概念而被知曉。
本發明一般概念之上述及/或其他態樣以及效用可藉由提供一種包括一電容器、一校準電路、一充電電路及一放電電路之鋸齒波產生電路而達成。包括一電容器之鋸齒波產生電路耦合於一第一節點與一接地之間，一校準電路接收一自該第一節點回饋之鋸齒波信號、基於該鋸齒波信號產生複數個電壓信號且選擇該等電壓信號中之一者以產生一校準輸出信號，該充電電路回應於該校準輸出信號而使該電容器充電，且該放電電路回應於一短脈衝信號而使該電容器放電。
該校準電路可基於該回饋鋸齒波信號在一校準模式中執行校準，且在該鋸齒波信號接近一設定參考電壓時在一正常模式中操作。
該校準電路可包括一回饋電路、一計數器、一解碼器及一多工器。該回饋電路可將該鋸齒波信號與一第一參考電壓進行比較以產生一計數器啟用信號，該計數器可回應於該計數器啟用信號而產生一具有N個位元之數位程式碼，該解碼器可對具有該N個位元之該數位程式碼進行解碼以產生該等電壓信號，且該多工器可選擇該等電壓信號中之一者以產生該校準輸出信號。
該回饋電路可包括一比較器及一AND閘極。該比較器可將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號且該AND閘極對該旗標信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
該回饋電路可包括一比較器、一雜訊消除器及一AND閘極。該比較器可將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號，一雜訊消除器消除包括於該旗標信號中之雜訊，且一AND閘極對該雜訊消除器之一輸出信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
該回饋電路可包括一比較器、一D型正反器、一反相器及一AND閘極。該比較器可將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號，該D型正反器回應於該旗標信號而輸出一具有一邏輯高狀態之信號，該反相器將該D型正反器之一輸出信號之一相位反相，且一AND閘極對該反相器之一輸出信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
該回饋電路可包括一比較器、一雜訊消除器、一D型正反器、一反相器及一AND閘極。該比較器可將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號，一雜訊消除器消除包括於該旗標信號中之雜訊，一D型正反器回應於該雜訊消除器之一輸出信號而輸出一具有一邏輯高狀態之信號，一反相器將該D型正反器之一輸出信號之一相位反相，且一AND閘極對該反相器之一輸出信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
該充電電路可包括一放大器、一電流供應電路及一電阻器。該放大器可放大該校準輸出信號，一電流供應電路可回應於該放大器之一輸出信號而供應一充電電流，且一電阻器可維持該充電電流。
該放電電路可包括一將該第一節點放電至一邏輯低狀態之電晶體。
本發明一般概念之上述及/或其他態樣以及效用亦可藉由提供一種可包括一鋸齒波產生電路及一電力轉換電路之DC-DC轉換器而達成。該鋸齒波產生電路產生一鋸齒波信號、基於經回饋之鋸齒波信號在一校準模式中執行一校準且在該鋸齒波信號達到一第一參考電壓時在一正常模式操作中，一電力轉換電路產生一切換控制信號、回應於該切換控制信號而改變一電感器電流且將一DC輸入電壓轉換成一穩定DC輸出電壓。
該電力轉換電路可包括一DC電壓源、一切換驅動電路、一電感器及一電力元件。該DC電壓源可產生該DC輸入電壓，一切換驅動電路可基於該鋸齒波信號及一第一感測電壓產生該切換控制信號，一電感器耦合於該DC電壓源之一第一端子與一第一節點之間，且一電力元件耦合於該第一節點與一接地之間且回應於該切換控制信號而操作。
該電力轉換電路可進一步包括一電流感測電路，該電流感測電路感測一流過該電力元件之電流以產生一第二感測電壓。
該切換驅動電路可包括一誤差放大器及一比較器。該誤差放大器可放大該第一感測電壓與一第二參考電壓之間的一差，且一比較器將該誤差放大器之一輸出信號與該鋸齒波信號進行比較以產生該切換控制信號。
該切換驅動電路可進一步包括一對該誤差放大器之一輸出信號執行頻率補償之頻率補償電路。
該切換驅動電路可包括一誤差放大器、一開關及一比較器。該誤差放大器可放大該第一感測電壓與一第二參考電壓之間的一差，一開關可回應於一校準啟用信號而向一第二節點提供該誤差放大器之一輸出信號或該第一參考電壓，且一比較器將該第二節點之一電壓信號與該鋸齒波信號進行比較以產生該切換控制信號或一旗標信號。
該切換驅動電路可將該第一參考電壓與該鋸齒波信號進行比較以在一校準模式中產生該旗標信號，且將該誤差放大器之一輸出信號與該鋸齒波信號進行比較以在一正常模式中產生該切換控制信號。
該旗標信號可用於校準該鋸齒波產生電路中之該鋸齒波信號。
該切換驅動電路可進一步包括一經組態以對該誤差放大器之一輸出信號執行頻率補償之頻率補償電路。
該電力轉換電路可進一步包括一二極體、一電容器及一分壓器。該二極體可耦合於該第一節點與一輸出節點之間，一電容器可耦合於該輸出節點與該接地之間且使該DC輸出電壓充電，且一分壓器分割該輸出節點之一電壓以產生該第一感測電壓。
本發明一般概念之上述及/或其他態樣以及效用亦可藉由提供一種包括一AC-DC轉換器、一鋸齒波產生電路及一電力轉換電路之切換式電力供應元件而達成，一AC-DC轉換器可將一AC輸入電壓轉換成一DC輸入電壓，一鋸齒波產生電路可基於一經回饋之鋸齒波信號執行一校準且可在該鋸齒波信號達到一設定參考電壓時在一正常模式中操作，一電力轉換電路可使用該鋸齒波產生電路之一輸出信號產生一切換控制信號、可回應於該切換控制信號而改變一電感器電流且可將該DC輸入電壓轉換成一穩定DC輸出電壓。
本發明一般概念之上述及/或其他態樣以及效用亦可藉由提供一種用以產生一校準輸出信號之校準電路及一種用以回應於該校準輸出信號而產生一充電電流作為一鋸齒波信號之充電電路，其中該校準電路回應於一短脈衝、該鋸齒波信號、一參考電壓及一啟用信號而修改該校準輸出信號，以產生該經修改之校準輸出信號作為該校準輸出信號。
一電力轉換電路可根據該充電電流產生一切換控制信號且將一DC-DC輸入電壓轉換成一穩定DC-DC輸出電壓。
因此，根據實施例之鋸齒波產生電路可針對一製造過程、一操作電壓或一操作溫度確定一最佳充電電流，此乃因該鋸齒波產生電路對一鋸齒波信號執行校準。因此，即使一頻率、一製造過程、一操作電壓或一操作溫度可發生改變，根據該等實施例之該鋸齒波產生電路亦可產生一穩定鋸齒波信號。包括該鋸齒波產生電路之該DC-DC轉換器或該切換式電力供應元件可使用一經校準鋸齒波信號產生一驅動一電力元件之切換控制信號。因此，即使一頻率、一製造過程、一操作電壓或一操作溫度可發生改變，根據該等實施例之包括該鋸齒波產生電路之該切換式電力供應元件亦可產生一穩定切換控制信號及一穩定DC輸出電壓。
現在將參照隨附圖式更加全面地闡述本發明一般概念之實施例，其中圖解說明本發明一般概念之實施例。然而，亦可以許多不同形式體現本發明一般概念，且不應將本發明一般概念解釋為侷限於本文所陳述實施例。而是，提供此等實施例以使得此揭示內容將係透徹及完整，且將本發明一般概念之範疇全面地傳達給熟知此項技術者。本申請案通篇中相同參考編號指代相同部件。
應瞭解，雖然本文中使用第一、第二等術語來說闡述各種部件，但此等部件不應受此等術語之限制。此等術語用於將部件彼此區分開。舉例而言，可將一第一部件稱作一第二部件，且類似地，可將一第二部件稱作一第一部件，此並不背離本發明一般概念之範疇。本文所使用術語「及/或」包括相關聯之所列項中之一個或多個項之任一及全部組合。
將瞭解，當將一部件稱為「連接」或「耦合」至另一部件時，此部件可直接連接或耦合至其他部件或可存在介入部件。相反，當將一部件稱為「直接連接」或「直接耦合」至另一部件時，不存在中間部件。應以類似形式解釋用於說明部件之間的關係之其他措詞(例如，「在...之間」對「直接在...之間」、「毗鄰」對「直接毗鄰」等)。
本文所使用之用語係出於闡述特定實施例之目的而並非意欲限定本發明一般概念。本文中所用單數形式「一(a)」、「一(an)」及「該(the)」亦意欲包括複數形式，除非上下文先前另有明確指示。將進一步瞭解，本文中所使用之術語「包含(comprises)」、「包含(comprising)」及/或「包括(includes)」及/或「包括(including)」載明所述特徵、整數、步驟、操作、部件及/或組件之存在，但並不排除一個或多個其他特徵、整數、步驟、操作、組件、組件及/或其群組之存在或添加。
除非另有界定，否則本文中所使用之全部術語(包括技術術語與科學術語)具有與熟習本發明一般概念所屬技術領域者所共知之相同含義。將進一步瞭解，應將術語(諸如常用字典中所定義之彼等術語)解釋為具有與其在相關技術背境中之含義相一致之含義，而不應以理想化或過分形式化之意義來解釋，除非本文中明確界定如此。
圖1係一圖解說明根據一實例性實施例之一鋸齒波產生電路之圖示。
參照圖1，鋸齒波產生電路100包括一電容器CS、一校準電路140、一充電電路110、一放電電路120及一控制單元150。
電容器CS耦合於一第一節點NSO與一接地GND之間。校準電路140接收一自第一節點NSO回饋之鋸齒波信號VSAW、基於鋸齒波信號VSAW產生複數個電壓信號(未圖解說明)且選擇該等電壓信號中之一者以產生一校準輸出信號VCAO。此外，如下文所闡述，校準電路140可由一校準初始化信號CAL_INI初始化且由一校準啟用信號CAL_EN啟動。此外，校準電路140可將鋸齒波信號VSAW與來自控制單元150之一第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號。充電電路110可回應於校準輸出信號VCAO而使電容器CS充電，且放電電路120可回應於一短脈衝信號VPUL而使電容器CS放電。充電電路110可產生並輸出鋸齒波信號VSAW。
鋸齒波產生單元100、DC-DC轉換器及切換式電力供應之稍後闡述之操作及功能可由控制單元150控制。控制單元150可係本文所闡述之實施例所組合之一較大電路裝置之一部分。控制單元150可係一信號處理器(例如一DSP)、一微處理器或控制本文所闡述之本發明一般概念之裝置之邏輯電路之一組合。
此外，鋸齒波產生電路100可包括一產生短脈衝信號VPUL之短脈衝產生器130。
圖1之鋸齒波產生電路100包括校準電路140，該校準電路可接收包括鋸齒波信號VSAW之回饋且在一校準模式中執行校準直至鋸齒波信號VSAW之一峰值達到一第一參考電壓VSH之位準。在鋸齒波信號VSAW達到第一參考電壓位準VSH時之一充電電流係當一切換式電力供應(SMPS)元件在一正常模式中操作時使用之鋸齒波產生電路100之充電電流。對應於透過該校準過程確定之充電電流之一數位程式碼可儲存於校準電路140中之一暫存器(未圖解闡釋)中，且該數位程式碼可在該SMPS元件操作時使用。
圖1之鋸齒波產生電路100在一外部元件(例如SMPS元件)使用鋸齒波信號VSAW之前透過一回饋過程執行校準。因此，即使在一SMPS元件中一頻率、一製造過程、一操作電壓或一操作溫度稍後可發生改變，鋸齒波產生電路100亦可設定一最佳充電電流且在一穩定鋸齒波信號VSAW用於該SMPS元件中之前產生該穩定鋸齒波信號VSAW。校準電路140可由一來自控制單元150之校準初始化信號CAL_INI初始化且由一校準啟用信號CAL_EN啟動。因此，鋸齒波產生電路100可在該正常模式中被停用，且在完成該校準時產生一對應於一數位程式碼之充電電流，且輸出一經校準鋸齒波信號VSAW。
圖2係一圖解說明一包括於圖1之鋸齒波產生電路100中之充電電路之一實例之電路圖。
參照圖2，充電電路110包括一放大器111、一電流供應電路113及一電阻R1。
放大器111具有校準輸出信號VCAO施加至的一反相輸入端子及一連接至電阻器R1之一第一端子之非反相輸入端子，且放大校準輸出信號VCAO。放大器111之一輸出端子耦合至電流供應電路113。電阻器R1之一第二端子連接至接地GND。電流供應電路113回應於放大器111之一輸出信號而向電容器CS供應一充電電流。在圖2之充電電路110中，電容器CS與圖1中所圖解說明之電容器CS相同。電阻器R1維持該充電電流。放大器111可係一具有高輸入電阻之操作性放大器。
電流供應電路113包括一第一PMOS電晶體MP1、一第二PMOS電晶體MP2、一第三PMOS電晶體MP3及一第四PMOS電晶體MP4。電流供應電路113可係一級聯型電流鏡，該級聯型電流鏡因其高輸出電阻而作為一理想電流源操作。
第一PMOS電晶體MP1及第二PMOS電晶體MP2中之每一者具有一連接至放大器111之一輸出端子之閘極及一供應電壓VDD施加至的一源極。第三PMOS電晶體MP3具有一級聯偏壓VCB施加至的一閘極、一連接至第一PMOS電晶體MP1之汲極之源極及一連接至電阻器R1之一第一端子之汲極。第四PMOS電晶體MP4具有級聯偏壓VCB施加至的一閘極、一連接至第二PMOS電晶體MP1之汲極之源極及一連接至電容器CS之一第一端子之汲極。自電容器CS之該第一端子輸出鋸齒波信號VSAW且電容器CS之一第二端子連接至接地GND。
在圖2中，該充電電流由R1所分割之校準輸出信號VCAO確定(VCAO/R1)，且該充電電流透過電流供應電路113而被供應至電容器CS。
圖3係一圖解說明一包括於圖1之鋸齒波產生電路100中之放電電路120之一實例之電路圖。
參照圖3，放電電路120耦合於第一節點NSO與接地GND之間，且包括一回應於短脈衝信號VPUL而執行一切換操作之第一NMOS電晶體MN1。當短脈衝信號VPUL係一邏輯「高」狀態時，第一NMOS電晶體MN1被接通且連接至第一節點NSO(圖1中所圖解說明)之電容器CS被放電。
圖4係一圖解說明一包括於圖1之鋸齒波產生電路100中之短脈衝產生器130之一實例之電路圖。
參照圖4，短脈衝產生器130包括一D型正反器131及一反相器133。
D型正反器131回應於一時脈信號CLK及電壓源VDD而透過輸出端子Q輸出一具有一邏輯「高」狀態之信號。反相器133將D型正反器131之一輸出信號之一相位反相且將該經反相信號施加至D型正反器131之一重設端子R。
短脈衝產生器130在時脈信號CLK之一上升邊緣處產生具有一預定脈寬之短脈衝信號VPUL。短脈衝信號VPUL被回饋至D型正反器131之重設端子R，且將D型正反器131之輸出改變成一邏輯「低」狀態。因此，短脈衝信號VPUL變成一具有一如圖4中所圖解說明之短脈寬之脈衝。
圖5係一圖解說明一包括於圖1之鋸齒波產生電路100中之校準電路140之一實例之電路圖。
參照圖5，校準電路140包括一計數器141、一解碼器142、一多工器143及一回饋電路144。
回饋電路144將鋸齒波信號VSAW與一第一參考電壓VSH進行比較以產生一計數器啟用信號CNT_EN。此外，可回應於一來自控制單元150之校準啟用信號CAL_EN而啟動回饋電路144。計數器141回應於計數器啟用信號CNT_EN及短脈衝信號VPUL而產生一具有n個位元之數位程式碼C[0:(n-1)]。此外，計數器141可由一校準初始化信號CAL_INI初始化。解碼器142對具有n個位元之數位程式碼C[0:(n-1)]進行解碼以產生電壓信號V1、V2、...、V2n 。多工器143選擇電壓信號V1、V2、...、V2n 中之一者以產生校準輸出信號VCAO。
圖1之校準電路140接收經回饋之鋸齒波信號VSAW、將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生計數器啟用信號CNT_EN，且回應於計數器啟用信號CNT_EN而產生具有n個位元之數位程式碼C[0：(n-1)]。此外，校準電路140對具有n個位元之數位程式碼C[0：(n-1)]進行解碼以產生電壓信號V1、V2、...、V2n 且選擇電壓信號V1、V2、...、V2n 中之一者以產生校準輸出信號VCAO。校準電路140由校準初始化信號CAL_INI初始化且由校準啟用信號CAL_EN啟動。
圖6-9係圖解說明可用作圖5中所圖解說明之回饋電路144之回饋電路144a、144b、144c及144d之實例之電路圖。
圖6係一圖解說明一可包括於圖5之校準電路140中之回饋電路144a之一實例之電路圖。
參照圖6，回饋電路144a包括一比較器145及一AND閘極146。
比較器145將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號C_FLAG。AND閘極146對旗標信號C_FLAG及校準啟用信號CAL_EN執行一邏輯AND運算以產生計數器啟用信號CNT_EN。
圖7係一圖解說明一可包括於圖5之校準電路140中之回饋電路144b之另一實例之電路圖。
參照圖7，回饋電路144b包括一比較器145、一雜訊消除器147及一AND閘極146。
比較器145將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號C_FLAG。雜訊消除器147消除包括於旗標信號C_FLAG中之雜訊。AND閘極146對雜訊消除器147之一輸出信號及校準啟用信號CAL_EN執行一邏輯AND運算以產生計數器啟用信號CNT_EN。
圖8係一圖解說明一可包括於圖5之校準電路140中之回饋電路144c之又一實例之電路圖。
參照圖8，回饋電路144c包括一比較器145、一D型正反器148、一反相器149及一AND閘極146。
比較器145將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號C_FLAG。D型正反器148回應於旗標信號C_FLAG而輸出一具有一邏輯「高」狀態之信號。反相器149將D型正反器148之一輸出信號之一相位反相。AND閘極146對反相器149之一輸出信號及校準啟用信號CAL_EN執行一邏輯AND運算以產生計數器啟用信號CNT_EN。D型正反器148由亦可用作至計數器141的一輸入信號之校準初始化信號CAL_INI重設。
圖9係一圖解說明一可包括於圖5之校準電路140中之回饋電路144d之又一實例之電路圖。
參照圖9，回饋電路144d包括一比較器145、一雜訊消除器147、一D型正反器148、一反相器149及一AND閘極146。
比較器145將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號C_FLAG。雜訊消除器147消除包括於旗標信號C_FLAG中之雜訊。D型正反器148回應於雜訊消除器147之一輸出信號而輸出一具有一邏輯「高」狀態之信號。反相器149將D型正反器148之一輸出信號之一相位反相。AND閘極146對反相器149之一輸出信號及校準啟用信號CAL_EN執行一邏輯AND運算以產生計數器啟用信號CNT_EN。D型正反器148由校準初始化信號CAL_INI重設。
圖10係一圖解說明圖1之鋸齒波產生電路100之操作之時序圖。
下文將參照圖1至圖10闡述鋸齒波產生電路100之操作。
參照圖10，鋸齒波產生電路100由校準初始化信號CAL_INI初始化且由校準啟用信號CAL_EN啟動。短脈衝信號VPUL係一具有一預定週期及一預定短脈寬之信號。
在一校準模式中，亦即，在時間t2之前的校準週期期間，鋸齒波信號VSAW之一幅值在時間t1處達到第一參考電壓VSH。在該校準模式中，鋸齒波信號VSAW之幅值隨校準輸出信號VCAO之增加而增加。在一正常模式中，亦即，在時間t2之後的正常操作週期期間，校準電路140產生具有一對應於儲存於校準電路140中之數位程式碼C[0:(n-1)]之值的校準輸出信號VCAO。因此，在該正常模式中，鋸齒波產生電路100產生具有一經校準幅值之鋸齒波信號VSAW。
數位程式碼C[0:(n-1)]在時間t1之後被維持為C(n-1)，且回饋電路144中之比較器145產生旗標信號C_FLAG。當旗標信號C_FLAG處於一邏輯「低」狀態時(恰好在時間t1之前)，旗標信號C_FLAG可係一被啟用之信號。
如上文所述，根據實例性實施例之鋸齒波產生電路100在透過一回饋過程執行校準之後被施加至一元件，例如一切換式電力供應(SMPS)元件。因此，即使一頻率、一製造過程、一操作電壓或一操作溫度可發生改變，鋸齒波產生電路100亦可藉由在該元件(例如SMPS元件)在一正常模式中操作之前執行校準來提供一最佳充電電流。
在根據實例性實施例之鋸齒波產生電路100中，可將校準電路140之將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號C_FLAG之比較器145(圖6-9中所圖解說明)同一將一誤差放大器之一輸出信號與鋸齒波信號VSAW進行比較以在一SMPS元件之電力轉換電路中產生一切換控制信號之比較器加以共用。因此，鋸齒波產生電路100可更精確地校準鋸齒波信號VSAW。
圖11係一圖解說明一包括圖1之鋸齒波產生電路100之DC-DC轉換器1000之一實例之電路圖。
參照圖11，DC-DC轉換器1000包括一鋸齒波產生電路1100、一電力轉換電路1200及一控制單元1050。鋸齒波產生電路1100可具有與圖1中所圖解說明之鋸齒波產生電路100之結構相同之結構。
如關於圖1所闡述，鋸齒波產生電路1100產生一鋸齒波信號VSAW、回饋鋸齒波信號VSAW以在一校準模式中執行一校準且在鋸齒波信號VSAW達到一第一參考電壓時在一正常模式中操作。電力轉換電路1200使用鋸齒波信號VSAW透過一切換驅動電路1210產生一切換控制信號VG、回應於切換控制信號VG改變一電感器電流IL且將一DC輸入電壓VIN轉換成一穩定DC輸出電壓VOUT。
圖11中所圖解說明之電力轉換電路1200包括一切換驅動電路1210、一DC電壓源1220、一電感器(L1)1230及一NMOS電晶體MN2。NMOS電晶體MN2可係一功率金屬氧化物半導體(功率MOS)電晶體或一絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)。
DC電壓源1220產生DC輸入電壓VIN。切換驅動電路1210基於鋸齒波信號VSAW產生切換控制信號VG且輸入有一來自一分壓器1250之第一感測電壓VSEN1及一來自控制單元1050之參考電壓VREF。電感器1230之一第一端子連接至DC電壓源1220之一第一端子。DC電壓源1220之一第二端子連接至接地GND。NMOS電晶體MN2耦合於電感器1230之一第二端子與接地GND之間且回應於切換控制信號VG而操作。
此外，電力轉換電路1200可包括一二極體(D1)1240、一電容器C1及一分壓器1250。
二極體1240耦合於電感器1230之第二端子與一輸出節點之間。電容器C1耦合於該輸出節點與接地之間，且維持DC輸出電壓VOUT。分壓器1250分割該輸出節點之一電壓以產生第一感測電壓VSEN1。
圖11中所圖解說明之DC-DC轉換器1000使用透過一校準過程產生之鋸齒波信號VSAW產生切換控制信號VG、回應於切換控制信號VG而改變電感器電流IL且將DC輸入電壓VIN轉換成穩定DC輸出電壓VOUT。當NMOS電晶體MN2被接通時一切換電流ISW流過NMOS電晶體MN2，且當NMOS電晶體MN2被關斷時電感器電流IL流過二極體D1且使電容器C1充電。當NMOS電晶體MN2回應於切換控制信號VG而重複地執行一切換操作時，可產生具有比DC輸入電壓VIN大的值的DC輸出電壓VOUT。
圖11中所圖解說明之DC-DC轉換器1000可係一升壓轉換器，該升壓轉換器產生一具有比DC輸入電壓VIN大的值的穩定DC輸出電壓VOUT。舉例而言，DC輸入電壓VIN可具有一100V之幅值且DC輸出電壓VOUT可具有一300V之幅值。該升壓器轉換器可用於驅動一螢光燈之電子鎮流器中。
圖11中所圖解說明之DC-DC轉換器1000中之電感器1230可係一具有一一級側及二級側之變壓器，且二極體1240、電容器C1及分壓器1250可耦合至該變壓器之該二級側。
圖12-14係圖解說明包括於DC-DC轉換器1000中之切換驅動電路1210a、1210b及1210c之實例之電路圖。
圖12係一圖解說明一包括於圖11之DC-DC轉換器1000中之切換驅動電路1210a之一實例之電路圖。
參照圖12，切換驅動電路1210a包括一誤差放大器1211及一比較器1213。
誤差放大器1211放大第一感測電壓VSEN1與一第二參考電壓VREF之間的一差。比較器1213將誤差放大器1211之一輸出信號與鋸齒波信號VSAW進行比較以產生切換控制信號VG。
圖13係一圖解說明一包括於圖11之DC-DC轉換器1000中之切換驅動電路1210b之另一實例之電路圖。
參照圖13，切換驅動電路1210b包括一誤差放大器1211、一頻率補償電路1215及一比較器1213。
誤差放大器1211放大第一感測電壓VSEN1與一第二參考電壓VREF之間的一差。頻率補償電路1215對誤差放大器1211之一輸出信號執行頻率補償。比較器1213將誤差放大器1211之一輸出信號與鋸齒波信號VSAW進行比較以產生切換控制信號VG。
圖14係一圖解說明一包括於圖11之DC-DC轉換器1000中之切換驅動電路1210c之又一實例之電路圖。
參照圖14，切換驅動電路1210c包括一誤差放大器1211、一開關1217及一比較器1213。
誤差放大器1211放大第一感測電壓VSEN1與一第二參考電壓VREF之間的一差。頻率補償電路1215對誤差放大器1211之一輸出信號執行頻率補償。開關1217回應於一校準啟用信號CAL_EN而向比較器1213之一非反相端子提供誤差放大器1211之一輸出信號或第一參考電壓VSH。比較器1213將第一參考電壓VSH與鋸齒波信號VSAW進行比較以在一校準模式中產生旗標信號C_FLAG，且將誤差放大器1211之一輸出信號與鋸齒波信號VSAW進行比較以在一正常模式中產生切換控制信號VG。
可將包括於切換驅動電路1210c中之比較器1213與一將鋸齒波信號VSAW與第一參考電壓VSH進行比較以產生一旗標信號C_FLAG之比較器加以共用。切換驅動電路1210c將第一參考電壓VSH與鋸齒波信號VSAW進行比較以在一校準模式中產生旗標信號C_FLAG，且將誤差放大器1211之一輸出信號與鋸齒波信號VSAW進行比較以在一正常模式中產生切換控制信號VG，此乃因切換驅動電路1210c具有開關切換欲輸入至比較器1213之VSH輸入信號或CAL_EN輸入信號之開關1217。
倘若圖14之切換驅動電路1210c用於圖11中所圖解說明之DC-DC轉換器1000中，則切換驅動電路1210c中之比較器1213可用作鋸齒波產生電路1100中之比較器(例如，包括於圖6至圖9中之145)。因此，DC-DC轉換器1000可更精確地校準鋸齒波信號VSAW。
圖15係一圖解說明一包括圖1之鋸齒波產生電路100之DC-DC轉換器之另一實例之電路圖。
參照圖15，DC-DC轉換器2000包括一鋸齒波產生電路1100、一電力轉換電路1300及一控制單元1050。鋸齒波產生電路1100可具有與圖1中所圖解說明之鋸齒波產生電路100之結構相同之結構。
鋸齒波產生電路1100產生一鋸齒波信號VSAW、回饋鋸齒波信號VSAW以在一校準模式中執行一校準且在鋸齒波信號VSAW達到一第一參考電壓之後在一正常模式中操作。電力轉換電路1300使用鋸齒波信號VSAW產生一切換控制信號VG、回應於切換控制信號VG而改變一電感器電流IL，且將一DC輸入電壓VIN轉換成一穩定DC輸出電壓VOUT。
電力轉換電路1300亦包括一切換驅動電路1210、一DC電壓源1220、一電感器(L1)1230、一電流感測電路1270及一NMOS電晶體MN2。NMOS電晶體MN2可係一功率金屬氧化物半導體(功率MOS)電晶體或一絕緣閘極雙極電晶體(IGBT)。
DC電壓源1220產生DC輸入電壓VIN。切換驅動電路1210基於鋸齒波信號VSAW、一第一感應電壓VSEN1及一參考電壓VREF產生切換控制信號VG。電感器1230之一第一端子連接至DC電壓源1220之一第一端子。DC電壓源1220之一第二端子連接至接地GND。NMOS電晶體MN2耦合於電感器1230之一第二端子與接地GND之間，且回應於切換控制信號VG而操作。電流感測電路1270感測一流過NMOS電晶體MN2之電流ISW以產生一第二感測電壓VSEN2。
此外，電力轉換電路1300可包括一二極體(D1)1240、一電容器C1及一分壓器1250。
圖15中所圖解說明之DC-DC轉換器2000不僅使用對應於DC輸出電壓VOUT之第一感測電壓VSEN1而且使用對應於流過NMOS電晶體MN2之電流ISW(在二極體1240被關斷時，該電流係電感器電流IL)之第二感測電壓VSEN2自切換驅動電路1210產生切換控制信號VG，切換控制信號VG係一脈寬調變(PWM)時脈信號。因此，DC-DC轉換器2000可更穩定地產生DC輸出電壓VOUT。
圖16係一圖解說明一包括圖1之鋸齒波產生電路100之切換式電力供應元件之一實例之電路圖。
參照圖16，切換式電力供應元件3000包括一AC-DC轉換器1400、一鋸齒波產生電路1100、一電力轉換電路1200及一用以控制其操作之控制單元1500。
AC-DC轉換器1400將一AC輸入電壓AC轉換成一DC輸入電壓VIN。AC-DC轉換器1400可包括一將該AC輸入電壓轉換成DC輸入電壓VIN之全波整流器及一濾除可處於一輸入線中之雜訊之雜訊過濾器。
鋸齒波產生電路1100產生一鋸齒波信號VSAW、回饋鋸齒波信號VSAW以在一校準模式中執行一校準且在鋸齒波信號VSAW達到一第一參考電壓之後在一正常模式中操作。
電力轉換電路1200包括一切換驅動電路1210、一電感器(L1)1230、一NMOS電晶體MN2、一二極體1240、一第一電容器C1及一第二電容器C2。
圖16中所圖解說明之第二電容器C2對應於圖11中所圖解說明之DC電壓源1220，且維持DC輸入電壓VIN。電力轉換電路1200之操作與上文參照圖11所圖解說明之操作大致相同。
包含於圖11之DC-DC轉換器1000中之DC電壓源1220及圖15之DC-DC轉換器2000對應於圖16中所圖解說明之AC-DC轉換器1400及第二電容器C2。亦即，圖11及圖15中所圖解說明之DC輸入電壓VIN可由圖16中所圖解說明之AC-DC轉換器1400及第二電容器C2產生。
可將圖11之DC-DC轉換器1000及圖15之DC-DC轉換器2000視為一切換式電力供應(SMPS)元件。
參照圖1至圖10，一種產生一鋸齒波信號之方法包括回饋鋸齒波信號VSAW；基於鋸齒波信號VSAW產生複數個電壓信號V1、V2、...、V2n ；選擇電壓信號VI、V2、...、V2n 中之一者以產生一校準輸出信號VCAO；回應於校準輸出信號VCAO使電容器CS充電；及回應於一短脈衝信號VPUL使電容器CS放電。
根據產生一根據實例性實施例之鋸齒波信號之該方法，可以一校準模式執行校準且可在該鋸齒波信號接近一組參考電壓之後提供該經校準鋸齒信號。
產生複數個電壓信號V1、V2、...、V2n 之操作包括將鋸齒波信號VSAW與一第一參考電壓VSH進行比較以產生一計數器啟用信號CNT_EN；回應於計數器啟用信號CNT_EN而產生一具有n個位元之數位程式碼C[0:(n-1)]；及對具有n個位元之數位程式碼C[0:(n-1)]進行解碼以產生電壓信號V1、V2、...、V2n 。
在上文中，闡述了一升壓轉換器及一包括該升壓轉換器之切換式電力轉換器，但可將本發明一般概念應用於包括一降壓轉換器之各種類型之轉換器及一包括可產生一穩定DC輸出電壓之轉換器之切換式電力供應元件。
儘管已詳細地闡述了本發明一般概念之實例性實施例及其優點，但應瞭解，在本文中可作出各種改變、替代及改動，此並未背離由隨附申請專利範圍及其等效內容界定之本發明一般概念之範疇。
100．．．鋸齒波產生電路
110．．．充電電路
111．．．放大器
113．．．電流供應電路
120．．．放電電路
130．．．短脈衝產生器
131．．．D型正反器
133．．．反相器
140．．．校準電路
141．．．計數器
142．．．解碼器
143．．．多工器
144．．．回饋電路
144a．．．回饋電路
144b．．．回饋電路
144c．．．回饋電路
144d．．．回饋電路
145．．．比較器
146．．．AND閘極
147．．．雜訊消除器
148．．．D型正反器
149．．．反相器
150．．．控制單元
1000．．．DC-DC轉換器
1050．．．控制單元
1100．．．鋸齒波產生電路
1200．．．電力轉換電路
1210．．．切換驅動電路
1210a．．．切換驅動電路
1210b．．．切換驅動電路
1210c．．．切換驅動電路
1211．．．誤差放大器
1213．．．比較器
1215．．．頻率補償電路
1217．．．開關
1220．．．DC電壓源
1230．．．電感器(L1)
1240．．．二極體(D1)
1250．．．分壓器
1270．．．電流感測電路
1300．．．電力轉換電路
1400．．．AC-DC轉換器
1500．．．控制單元
2000．．．DC-DC轉換器
3000．．．切換式電力供應元件
依據下文結合隨附圖式對該等實施例之說明，本發明一般概念之此等及/或其他特徵以及效用將變得顯而易見且更容易理解，圖式中：
圖1係一圖解說明根據本發明一般概念之一實例性實施例之一鋸齒波產生電路之圖示。
圖2係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖1之鋸齒波產生電路中之充電電路之一實例之電路圖。
圖3係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖1之鋸齒波產生電路中之放電電路之一實例之電路圖。
圖4係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖1之鋸齒波產生電路中之短脈衝產生器之一實例之電路圖。
圖5係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖1之鋸齒波產生電路中之校準電路之一實例之電路圖。
圖6係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖5之校準電路中之回饋電路之一實例之電路圖。
圖7係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖5之校準電路中之回饋電路之另一實例之電路圖。
圖8係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖5之校準電路中之回饋電路之又一實例之電路圖。
圖9係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖5之校準電路中之回饋電路之又一實例之電路圖。
圖10係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之圖1之鋸齒波產生電路之操作之時序圖。
圖11係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括圖1之鋸齒波產生電路之DC-DC轉換器之一實例之電路圖。
圖12係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖11之DC-DC轉換器中之切換驅動電路之一實例之電路圖。
圖13係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖11之DC-DC轉換器中之切換驅動電路之另一實例之電路圖。
圖14係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括於圖11之DC-DC轉換器中之切換驅動電路之又一實例之電路圖。
圖15係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括圖1之鋸齒波產生電路之DC-DC轉換器之另一實例之電路圖。
圖16係一圖解說明根據本發明一般概念之一實施例之一包括圖1之鋸齒波產生電路之切換式電力供應元件之一實例之電路圖。
100．．．鋸齒波產生電路
110．．．充電電路
120．．．放電電路
130．．．短脈衝產生器
140．．．校準電路
150．．．控制單元

Claims (19)

  1. 一種鋸齒波產生電路，其包含：一電容器，其耦合於一第一節點與一接地之間；一校準電路，其經組態以接收自該第一節點回饋之一鋸齒波信號、經組態以基於該鋸齒波信號產生複數個電壓信號且經組態以選擇該等電壓信號中之一者以產生一校準輸出信號；一充電電路，其經組態以回應於該校準輸出信號而使該電容器充電；及一放電電路，其經組態以回應於一短脈衝信號而使該電容器放電，其中該校準電路包含：一回饋電路，其經組態以將該鋸齒波信號與一第一參考電壓進行比較以產生一計數器啟用信號；一計數器，其經組態以回應於該計數器啟用信號而產生具有N個位元之一數位程式碼；一解碼器，其經組態以對具有該N個位元之該數位程式碼進行解碼以產生該等電壓信號；及一多工器，其經組態以選擇該等電壓信號中之一者以產生該校準輸出信號。
  2. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該校準電路經組態以基於該經回饋鋸齒波信號在一校準模式中執行校準且經組態以在該鋸齒波信號接近一設定參考電壓時在一正常模式中操作。
  3. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該回饋電路包含： 一比較器，其經組態以將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號；及一AND閘極，其經組態以對該旗標信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
  4. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該回饋電路包括：一比較器，其經組態以將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號；一雜訊消除器，其經組態以消除包括於該旗標信號中之雜訊；及一AND閘極，其經組態以對該雜訊消除器之一輸出信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
  5. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該回饋電路包含：一比較器，其經組態以將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以產生一旗標信號；一D型正反器，其經組態以回應於該旗標信號而輸出一具有一邏輯高狀態之信號；一反相器，其經組態以將該D型正反器之一輸出信號之一相位反相；及一AND閘極，其經組態以對該反相器之一輸出信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
  6. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該回饋電路包含：一比較器，其經組態以將該鋸齒波信號與該第一參考 電壓進行比較以產生一旗標信號；一雜訊消除器，其經組態以消除包括於該旗標信號中之雜訊；一D型正反器，其經組態以回應於該雜訊消除器之一輸出信號而輸出一具有一邏輯高狀態之信號；一反相器，其經組態以將該D型正反器之一輸出信號之一相位反相；及一AND閘極，其經組態以對該反相器之一輸出信號及一校準啟用信號執行一邏輯AND運算以產生該計數器啟用信號。
  7. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該充電電路包含：一放大器，其經組態以放大該校準輸出信號；一電流供應電路，其經組態以回應於該放大器之一輸出信號而供應一充電電流；及一電阻器，其經組態以維持該充電電流。
  8. 如請求項1之鋸齒波產生電路，其中該放電電路包括一將該第一節點放電至一邏輯低狀態之電晶體。
  9. 一種DC-DC轉換器，其包含：如請求項1之鋸齒波產生電路，其經組態以產生一鋸齒波信號、經組態以基於一回饋鋸齒波信號在一校準模式中執行一校準且經組態以在該鋸齒波信號達到一第一參考電壓時在一正常模式中操作；及一電力轉換電路，其經組態以產生一切換控制信號、經組態以回應於該切換控制信號而改變一電感器電流且 經組態以將一DC輸入電壓轉換成一穩定DC輸出電壓。
  10. 如請求項9之DC-DC轉換器，其中該電力轉換電路包含：一DC電壓源，其用以產生該DC輸入電壓；一切換驅動電路，其經組態以基於該鋸齒波信號及一第一感測電壓產生該切換控制信號；一電感器，其耦合於該DC電壓源之一第一端子與一第一節點之間；及一電力元件，其耦合於該第一節點與一接地之間且經組態以回應於該切換控制信號而操作。
  11. 如請求項10DC-DC轉換器，其中該電力轉換電路進一步包含一電流感測電路，該電流感測電路經組態以感測一流過該電力元件之電流以產生一第二感測電壓。
  12. 如請求項10之DC-DC轉換器，其中該切換驅動電路包含：一誤差放大器，其經組態以放大該第一感測電壓與一第二參考電壓之間的一差；及一比較器，其經組態以將該誤差放大器之一輸出信號與該鋸齒波信號進行比較以產生該切換控制信號。
  13. 如請求項12之DC-DC轉換器，其中該切換驅動電路進一步包含一頻率補償電路，其經組態以對該誤差放大器之一輸出信號執行頻率補償。
  14. 如請求項10之DC-DC轉換器，其中該切換驅動電路包含： 一誤差放大器，其經組態以放大該第一感測電壓與一第二參考電壓之間的一差；一開關，其經組態以回應於一校準啟用信號而向一第二節點提供該誤差放大器之一輸出信號或該第一參考電壓；及一比較器，其經組態以將該第二節點之一電壓信號與該鋸齒波信號進行比較以產生該切換控制信號或一旗標信號。
  15. 如請求項14之DC-DC轉換器，其中該切換驅動電路經組態以將該鋸齒波信號與該第一參考電壓進行比較以在一校準模式中產生該旗標信號且經組態以將該誤差放大器之一輸出信號與該鋸齒波信號進行比較以在一正常模式中產生該切換控制信號。
  16. 如請求項14之DC-DC轉換器，其中該旗標信號用於校準該鋸齒波產生電路中之該鋸齒波信號。
  17. 如請求項14之DC-DC轉換器，其中該切換驅動電路進一步包含一頻率補償電路，該頻率補償電路經組態以對該誤差放大器之一輸出信號執行頻率補償。
  18. 如請求項10之DC-DC轉換器，其中該電力轉換電路進一步包含：一二極體，其耦合於該第一節點與一輸出節點之間；一電容器，其耦合於該輸出節點與該接地之間且經組態以使該DC輸出電壓充電；及一分壓器，其經組態以分割該輸出節點之一電壓以產 生該第一感測電壓。
  19. 一種切換式電力供應元件，其包含：一AC-DC轉換器，其經組態以將一AC輸入電壓轉換成一DC輸入電壓；如請求項1之鋸齒波產生電路，其經組態以基於一經回饋之鋸齒波信號執行一校準且在該鋸齒波信號達到一設定參考電壓時在一正常模式中操作；及一電力轉換電路，其經組態以使用該鋸齒波產生電路之一輸出信號產生一切換控制信號、經組態以回應於該切換控制信號而改變一電感器電流且經組態以將該DC輸入電壓轉換成一穩定DC輸出電壓。
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