TWI543537B - 訊號準位移轉電路及直流轉直流降壓轉換控制電路 - Google Patents

訊號準位移轉電路及直流轉直流降壓轉換控制電路 Download PDF

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TWI543537B TW103100562A TW103100562A TWI543537B TW I543537 B TWI543537 B TW I543537B TW 103100562 A TW103100562 A TW 103100562A TW 103100562 A TW103100562 A TW 103100562A TW I543537 B TWI543537 B TW I543537B
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Description

訊號準位移轉電路及直流轉直流降壓轉換控制電路
本發明係關於一種訊號準位移轉電路及直流轉直流降壓轉換控制電路，尤指一種具輕載節能之訊號準位移轉電路及直流轉直流降壓轉換控制電路。
在傳統的直流轉直流降壓轉換電路，若上臂電晶體使用N型金氧半場效電晶體，一般而言需使用訊號準位移轉電路(Level Shift Circuit)來進行訊號準位的調整，以正確地控制上臂電晶體的導通與截止。然而，傳統的電流型訊號準位移轉電路會有功耗大，且產生漏電通路，並不利於輕負載下應用。傳統的脈衝型訊號準位移轉電路雖然沒有漏電通路及無功耗大之問題，但是由於是透過電晶體的寄生電容來維持輸出訊號的準位。當訊號準位移轉電路的參考準位有抖動時，容易造成訊號準位移轉電路的輸出訊號之邏輯狀態改變。因此，脈衝型訊號準位移轉電路的抗干擾能力很差。
第一圖為傳統的電流型訊號準位移轉電路之電路示意圖。一第一邏輯低電位VS1和一第一邏輯高電位VP1為第一組電源訊號的兩個邏輯準位。一第二邏輯低電位VS2和一 第二邏輯高電位VP2為另外一組電源訊號的兩個邏輯準位。訊號準位移轉電路的作用為將高邏輯準位、低邏輯準位為第一邏輯高電位VP1和第一邏輯低電位VS1的訊號準位轉換為高邏輯準位、低邏輯準位為第二邏輯高電位VP2和第二邏輯低電位VS2的訊號輸出。
當一第一輸入訊號S位於第一邏輯高電位VP1而 一第二輸入訊號R位於第一邏輯低電位VS1時，一電晶體MN4導通而一電晶體MN5截止。此時，一電流源Ib的電流經電晶體MN1，MN2進行電流鏡像複製而使電流流經電晶體MP1、MN4和MN2。一電晶體MP2同時也鏡像電晶體MP1的電流，而將一第一輸出訊號Q的一電位拉高至第二邏輯高電位VP2。另外，由於電晶體MN5截止而無電流，電晶體MP4和MP3也因無電流而截止。由於，第一輸出訊號Q的電位位於第二邏輯高電位VP2而導通一電晶體MN7，而將一第二輸出訊號QN的一電位拉低至第二邏輯低電位VS2。同樣地，當第一輸入訊號S位於第一邏輯低電位VS1而第二輸入訊號R位於第一邏輯高電位VP1時，第一輸出訊號Q的電位位於第二邏輯低電位VS2而第二輸出訊號QN的電位位於第二邏輯高電位VP2。經過上述的準位轉換，而使第一輸入訊號S及第二輸入訊號R的第一邏輯高電位VP1及第一邏輯低電位VS1，轉換成為第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN的第二邏輯高電位VP2及第二邏輯低電位VS2。
為了保證訊號準位轉換的速度，當第一輸入訊號 S為一高準位而第二輸入訊號R為一低準位時，從第二邏輯高電位VP2經電晶體MP1、MN4和MN2流到第一邏輯低電位VS1的電流會設計的較大。同樣地，當第一輸入訊號S為一低準位而第二輸入訊號R為一高準位時，從第二邏輯高電位VP2經電晶體MP4、MN5和MN3流到第一邏輯低電位VS1的電流也設計的較大。這樣的電路設計，可確保電流型訊號準位移轉電路的訊號準位轉換速度，然而相對地功耗也較高。尤其在直流轉直流降壓轉換電路操作於輕載下，例如：二極體模擬模式(DEM，Diode Emulation Mode)，電流型訊號準位移轉電路持續的流經大電流不利於節能，而且在第二邏輯高電位VP2由額外的升壓電路提供而非獨立的電壓源下，也可能導致第二邏輯高電位VP2的降低。
請參見第二圖，為傳統的改良式電流型訊號準位 移轉電路之電路示意圖。相對於第一圖，改良式電流型訊號準位移轉電路增加了電晶體MN8和MN9。電晶體MN8和MN9的主要作用在於擋壓，其閘極耦接第一邏輯高電位VP1，這樣可以確保電晶體MN8和MN9的源極，即電晶體MN4和MN5的汲極的電位被箝制在第一邏輯高電位VP1之下。這樣的電路設計下，電晶體MN4和MN5均可以為低壓電晶體，而有利於提高電晶體MN4和MN5的切換速度。然而，大功耗之問題仍是存在。
請參見第三圖，傳統的的脈衝型訊號準位移轉電路之電路示意圖。脈衝訊號VPS和VPR分別為第一輸入訊號S 及第二輸入訊號R的上升沿觸發脈衝訊號，具有窄脈衝寬度，分別耦接至電晶體MN2和MN3的閘極。請同時參見第四圖，為第三圖所示脈衝型訊號準位移轉電路之訊號波形圖。當第一輸入訊號S和脈衝訊號VPS都為第一邏輯高電位VP1而第二輸入訊號R為第一邏輯低電位VS1時，有一股大電流從第二邏輯高電位VP2經過電晶體MP1、MN4和MN2流到第一邏輯低電位VS1。電晶體MP2鏡像電晶體MP1的電流，使得第一輸出訊號Q被拉高為第二邏輯高電位VP2，同時第二輸出訊號QN則為第二邏輯低電位VS2。當第一輸入訊號S仍在第一邏輯高電位VP1而脈衝訊號VPS轉為第一邏輯低電位VS1時，電晶體MP1的電流為零。此時，整個訊號準位移轉電路不消耗電流。同理，當第二輸入訊號R和脈衝訊號VPR為第一邏輯高電位VP1而第一輸入訊號S為第一邏輯低電位VS1時，有一股大電流從第二邏輯高電位VP2經過電晶體MP4、MN5和MN3到第一邏輯低電位VS1。電晶體MP3鏡像電晶體MP4的電流，使得第二輸出訊號QN被拉高為第二邏輯高電位VP2，同時第一輸出訊號Q則為第二邏輯低電位VS2。隨後，當第二輸入訊號R仍在第一邏輯高電位VP1而脈衝訊號VPR轉為第一邏輯低電位VS1時，此時，整個訊號準位移轉電路不消耗電流。
脈衝型訊號準位移轉電路的優點在於：進行訊號 轉換時，流經大電流而使訊號轉換速度快，而轉換完成後不消耗額外電流，而使整體的功耗低。然而，脈衝型訊號準位 移轉電路仍有缺點。在脈衝訊號VPR和VPS皆為低準位時，第一輸出訊號Q和第二輸出訊號QN靠電晶體的寄生電容來維持，因此容易受雜訊干擾。
請參見第五圖，為立錡美國專利證號7839197所 揭示的訊號準位移轉電路的電路示意圖。第五圖所示的訊號準位移轉電路結合脈衝型訊號準位移轉電路與電流型訊號準位移轉電路而成。請同時參見第六圖，為第五圖所示脈衝型訊號準位移轉電路之訊號波形圖。當第一輸入訊號S和脈衝訊號VPS為第一邏輯高電位VP1而第二輸入訊號R為第一邏輯低電位VS1時，有一股電流從第二邏輯高電位VP2經電晶體M1和M5以及流過一電晶體M11和一基本電流源642到第一邏輯低電位VS1。此時，一電晶體M8鏡像一電晶體M1的電流，使得第一輸出訊號Q為第二邏輯高電位VP2而第二輸出訊號QN為第二邏輯低電位VS2。當第一輸入訊號S仍為第一邏輯高電位VP1而脈衝訊號VPS轉為第一邏輯低電位VS1時，電晶體M11截止而基本電流源642仍維持一基本小電流通過電晶體M5和M1，這小電流係用來維持第一輸出訊號Q持續為第二邏輯高電位VP2。同理，當第二輸入訊號R和脈衝訊號VPR為第一邏輯高電位VP1而第一輸入訊號S為第一邏輯低電位VS1時，有一股電流從第二邏輯高電位VP2經電晶體M4和M6以及流過一電晶體M12和一基本電流源644到第一邏輯低電位VS1。此時，一電晶體M7鏡像電晶體M4的電流，使得第二輸出訊號QN為第二 邏輯高電位VP2而第一輸出訊號Q為第二邏輯低電位VS2。當第二輸入訊號R仍為第一邏輯高電位VP1而脈衝訊號VPR轉為第一邏輯低電位VS1時，電晶體M12截止而基本電流源644仍維持一基本小電流通過電晶體M6和M4，這小電流係用來維持第二輸出訊號QN持續為第二邏輯高電位VP2。電晶體M2和M3為兩個鏡像加速電晶體。
第五圖所示的訊號準位移轉電路的優點在於結 合了脈衝型訊號準位移轉電路的訊號轉換快速之優點和電流型訊號準位移轉電路抗干擾能力強的優點。請參見第七圖，為第五圖所示訊號準位移轉電路的第二邏輯高電位VP2及第二邏輯低電位VS2的波形圖。在連續電流模式(CCM，Continuous Current Mode)時，轉換電路持續操作而使升壓電路持續維持第二邏輯高電位VP2的電位。然而，在二極體模擬模式下，訊號準位移轉電路中的基本電流源642、644仍會提供小電流而持續消耗來自第二邏輯高電位VP2的能量，導致第二邏輯高電位VP2與第二邏輯低電位VS2之間的壓差會慢慢降低而可能造成第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN的邏輯準位錯誤的問題。
鑑於先前技術中的訊號準位移轉電路的問題，本發明的訊號準位移轉電路於轉換電路操作於輕載時，會避免 訊號準位移轉電路消耗額外電流而達到降低功耗及避免輸出訊號邏輯準位錯誤之優點。
為達上述目的，本發明提供了一種訊號準位移轉電路，包含一訊號輸入電路、一訊號輸出電路以及一狀態偵測電路。訊號輸入電路耦接於一第一準位及一第二準位之間，用以接收一第一輸入訊號及一第二輸入訊號，第一輸入訊號及第二輸入訊號於第一準位及一第三準位之間切換，其中，訊號輸入電路於第一輸入訊號位於第三準位時產生一第一電流，於第二輸入訊號位於第三準位時產生一第二電流。訊號輸出電路耦接於第二準位及一第四準位之間，用以輸出一第一輸出訊號及一第二輸出訊號，第一輸出訊號及第二輸出訊號於第二準位及第四準位之間切換，其中，訊號輸出電路於偵測到第一電流時，第一輸出訊號被切換於第二準位，於偵測到第二電流時，第二輸出訊號被切換於第二準位。狀態偵測電路偵測一轉換電路之一操作狀態，以根據轉換電路之操作狀態，來決定是否產生一停止訊號以停止訊號輸入電路產生第一電流及第二電流。
本發明也提供了一種直流轉直流降壓轉換控制電路，用以控制一轉換電路中串聯的一第一功率開關及一第二功率開關，其中第一功率開關耦接一輸入電壓及一連接點而第二功率開關耦接連接點及一共同電位。直流轉直流降壓轉換控制電路包含一迴授控制電路、一訊號準位移轉電路及 一驅動電路。迴授控制電路根據代表轉換電路之一狀態之一偵測訊號，產生一脈寬調控訊號，脈寬調控訊號於共同電位及一驅動電位之間切換。訊號準位移轉電路，根據脈寬調控訊號產生一準位移轉訊號。訊號準位移轉電路包含一訊號輸入電路、一訊號輸出電路以及一狀態偵測電路。訊號輸入電路耦接於共同電位及一參考電位之間，於脈寬調控訊號位於驅動電位時產生一第一電流，於脈寬調控訊號位於共同電位時產生一第二電流。訊號輸出電路耦接於參考電位及連接點之間，用以輸出準位移轉訊號，準位移轉訊號於參考電位及連接點的電位之間切換，其中，訊號輸出電路於偵測到第一電流時，準位移轉訊號被切換於參考電位，於偵測到第二電流時，準位移轉訊號被切換於連接點的電位。狀態偵測電路偵測轉換電路之一操作狀態，以根據轉換電路之操作狀態，來決定是否產生一停止訊號以停止訊號輸入電路產生第一電流及第二電流。驅動電路耦接訊號準位移轉電路及迴授控制電路，根據脈寬調控訊號及準位移轉訊號產生一上控制訊號及一下控制訊號以分別控制第一功率開關及第二功率開關導通或截止。
另外，本發明的訊號準位移轉電路也可以額外增加一時間延遲，可以避免雜訊的干擾而增加抗雜訊能力。
以上的概述與接下來的詳細說明皆為示範性質，是為了進一步說明本發明的申請專利範圍。而有關本發 明的其他目的與優點，將在後續的說明與圖示加以闡述。
先前技術：
642、644‧‧‧基本電流源
Ib‧‧‧電流源
M1~M12、MN1~MN9、MP1~MP4‧‧‧電晶體
Q‧‧‧第一輸出訊號
QN‧‧‧第二輸出訊號
R‧‧‧第二輸入訊號
S‧‧‧第一輸入訊號
VP1‧‧‧第一邏輯高電位
VP2‧‧‧第二邏輯高電位
VS1‧‧‧第一邏輯低電位
VS2‧‧‧第二邏輯低電位
VPS、VPR‧‧‧脈衝訊號
本發明：
100‧‧‧準位移轉電路
102、202、302‧‧‧訊號輸入電路
104、204、304‧‧‧訊號輸出電路
106‧‧‧反相器
110‧‧‧狀態偵測電路
112‧‧‧延遲判斷電路
114、Ad‧‧‧及閘
116‧‧‧延遲電路
118‧‧‧電流偵測電路
130‧‧‧誤差放大器
140‧‧‧脈寬調變邏輯電路
150‧‧‧自舉電路
160‧‧‧驅動電路
162‧‧‧上驅動電路
164‧‧‧下驅動電路
C‧‧‧偵測電容
Cd‧‧‧電容
Com、Dd‧‧‧比較器
COUT‧‧‧輸出電容
DCR‧‧‧直流阻抗
GM‧‧‧轉導放大器
GND‧‧‧共同電位
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
Ib、Id‧‧‧電流源
Icsn‧‧‧輸出電流
IL‧‧‧電感電流
In、Ip‧‧‧電流
Ise‧‧‧電流偵測訊號
L‧‧‧電感
LG‧‧‧下控制訊號
Md‧‧‧開關
MN1~MN9、MP1~MP6‧‧‧電晶體
MNO‧‧‧電流開關
PHASE‧‧‧連接點
Q‧‧‧第一輸出訊號
QN‧‧‧第二輸出訊號
R‧‧‧第二輸入訊號
RS‧‧‧RS正反器
Re、Rcsn‧‧‧電阻
S‧‧‧第一輸入訊號
S/H‧‧‧取樣保持電路
Sd‧‧‧延遲訊號
Sea‧‧‧誤差放大訊號
Sp‧‧‧脈寬調控訊號
Sp’‧‧‧反相脈寬調控訊號
Sq‧‧‧準位移轉訊號
Ss‧‧‧輕載通知訊號
Ssd‧‧‧停止訊號
T1‧‧‧第一功率開關
T2‧‧‧第二功率開關
Td‧‧‧預定延遲時間
UG‧‧‧上控制訊號
VBS‧‧‧參考電位
Vc‧‧‧跨壓
VDD‧‧‧驅動電位
VIN‧‧‧輸入電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VPH‧‧‧連接點電位
VPP1‧‧‧第三準位
VPP2‧‧‧第二準位
Vr‧‧‧延遲參考電壓
Vrc‧‧‧輕載判斷值
VREF‧‧‧參考訊號
VSS1‧‧‧第一準位
VSS2‧‧‧第四準位
第一圖為傳統的電流型訊號準位移轉電路之電路示意圖。
第二圖為傳統的改良式電流型訊號準位移轉電路之電路示意圖。
第三圖傳統的脈衝型訊號準位移轉電路之電路示意圖。
第四圖為第三圖所示脈衝型訊號準位移轉電路之訊號波形圖。
第五圖為立錡美國專利證號7839197所揭示的訊號準位移轉電路的電路示意圖。
第六圖為第五圖所示脈衝型訊號準位移轉電路之訊號波形圖。
第七圖為第五圖所示訊號準位移轉電路的第二邏輯高電位及第二邏輯低電位的波形圖。
第八圖為根據本發明之一第一較佳實施例之訊號準位移轉電路之電路示意圖。
第九圖為第八圖所示訊號準位移轉電路的訊號波形圖。
第十圖為應用本發明之訊號準位移轉電路之直流轉直流降壓轉換控制電路之一較佳實施例之電路示意圖。
第十一圖為第十圖所示的訊號準位移轉電路的訊號波形圖。
第十二圖為第十圖所示的訊號準位移轉電路的第二準位及第四準位的波形圖。
第十三圖為根據本發明之一第二較佳實施例之訊號準位移轉電路之電路示意圖。
第十四圖，為根據本發明之一第三較佳實施例之訊號準位移轉電路之電路示意圖。
第十五圖為第十四圖所示訊號準位移轉電路的訊號波形圖。
第十六圖為根據本發明之一第一較佳實施例之電流偵測電路之電路示意圖。
第十七圖為根據本發明之一第一較佳實施例之電感電流偵測電路之電路示意圖。
第十八圖為根據本發明之一第一較佳實施例之延遲判斷電路之電路示意圖。
第十九圖為第十八圖所示延遲判斷電路的訊號波形圖。
請參見第八圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之訊號準位移轉電路之電路示意圖。訊號準位移轉電路包含一訊號輸入電路102、一訊號輸出電路104以及一狀態偵測電路110。訊號輸入電路102耦接於一第一準位VSS1及一第二準位VPP2之間，用以接收一第一輸入訊號3及一第二輸入訊號R。請同時參見第九圖，為第八圖所示訊號準位移轉電路的訊 號波形圖。第一輸入訊號S及第二輸入訊號R於第一準位VSS1及一第三準位VPP1之間切換。在本實施例中，訊號輸入電路102包含電晶體MN1~MN5、MP1、MP4、一電流開關MNO以及一電流源Ib。電流源Ib耦接第三準位VPP1或者第二準位VPP2，當電流開關MNO導通時，提供一電流In流經電晶體MN1。電晶體MN2和MN3鏡像電晶體MN1的電流In，以分別提供一第一電流I1及一第二電流I2。訊號輸入電路102於第一輸入訊號S位於第三準位VPP1時產生第一電流I1流經電晶體MP1、MN4和MN2；於第二輸入訊號R位於第三準位VPP1時產生第二電流I2流經電晶體MP4、MN5和MN3。訊號輸出電路104耦接於第二準位VPP2及一第四準位VSS2之間，用以輸出一第一輸出訊號Q及一第二輸出訊號QN。第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN於第二準位VPP2及第四準位VSS2之間切換。
訊號輸出電路104包含電晶體MP2~MP3及MN6~MN7。訊號輸出電路104於偵測到訊號輸入電路102產生第一電流I1時，電晶體MP2鏡像電晶體MP1的第一電流I1，使得第一輸出訊號Q被切換為第二準位VPP2。此時，第二輸出訊號QN被切換為第四準位VSS2。相同地，訊號輸出電路104於偵測到訊號輸入電路102產生第二電流I2時，電晶體MP3鏡像電晶體MP4的第二電流I2，使得第二輸出訊號QN被切換於第二準位VPP2。此時，第一輸出訊號Q被切換為第四準位VSS2。
狀態偵測電路110偵測一轉換電路(未繪出)之 一操作狀態，例如：偵測電壓及/或電流以判斷操作狀態，以根據轉換電路之操作狀態，來決定是否產生一停止訊號Ssd以停止訊號輸入電路102產生第一電流I1及第二電流I2。在本實施例，以偵測轉換電路的電流為例來說明。
狀態偵測電路110包含一延遲判斷電路112及一電流偵測電路118。電流偵測電路118耦接轉換電路以偵測轉換電路之一電流，於偵測到此電流小於一輕載判斷值時，產生一輕載通知訊號Ss。狀態偵測電路110根據輕載通知訊號Ss決定是否產生停止訊號Ssd。延遲判斷電路112耦接電流偵測電路118，於電流偵測電路118持續產生輕載通知訊號Ss達一預定延遲時間時，產生停止訊號Ssd。延遲判斷電路112包含一及閘114及一延遲電路116。延遲電路116於持續接收到輕載通知訊號Ss達預定延遲時間後，輸出一延遲訊號Sd。及閘114耦接延遲電路116及電流偵測電路118，於接收到輕載通知訊號Ss及延遲訊號Sd時，產生停止訊號Ssd。
當停止訊號Ssd未產生時，電流開關MNO為導通。此時，電晶體MN1流經電流源Ib所提供的電流In，電晶體MN2及電晶體MN3鏡像電流In而分別產生第一電流I1及第二電流I2。然而，當轉換電路操作於一輕載狀態時，停止訊號Ssd被產生以截止電流開關MNO。此時，電晶體MN1的電流為零，造成訊號輸入電路102的電晶體MN2和MN3均無電流，即此時訊號輸入電路102停止產生第一電流I1及第二電流I2。如此， 當轉換電路操作於輕載狀態時，諸如：非連續電流模式(DCM，Discontinuous Current Mode)、二極體模擬模式(DEM，Diode Emulation Mode)等，本發明之訊號準位移轉電路會減少功率而達到節能之優點。
請參見第十圖，為應用本發明之訊號準位移轉電路之直流轉直流降壓轉換控制電路之一較佳實施例之電路示意圖。轉換電路包含串聯的一第一功率開關T1和一第二功率開關T2、一電感L及一輸出電容COUT。第一功率開關T1耦接一輸入電壓VIN及一連接點PHASE而第二功率開關T2耦接連接點PHASE及一共同電位GND。電感L耦接連接點PHASE及輸出電容COUT，而輸出電容COUT提供一輸出電壓VOUT。直流轉直流降壓轉換控制電路產生一上控制訊號UG及一下控制訊號LG以分別控制第一功率開關T1及第二功率開關T2導通或截止。直流轉直流降壓轉換控制電路包含一迴授控制電路、一訊號準位移轉電路及一驅動電路160。迴授控制電路包含一誤差放大器130以及一脈寬調變邏輯電路140。誤差放大器130接收代表轉換電路之一狀態之一偵測訊號及一參考訊號VREF，以根據轉換電路之狀態產生一誤差放大訊號Sea。在本實施例，偵測訊號為代表輸出電壓VOUT，實際應用時，也可以是代表轉換電路的一輸出電流之一偵測訊號。脈寬調變邏輯電路140耦接誤差放大器130，根據誤差放大訊號Sea產生一脈寬調控訊號Sp。脈寬調變邏輯電路140耦接於一驅動電位VDD及 共同電位GND，因此脈寬調控訊號Sp於共同電位GND及驅動電位VDD之間切換。訊號準位移轉電路耦接驅動電位VDD、共同電位GND、連接點PHASE的一連接點電位VPH及一參考電位VBS，根據脈寬調控訊號Sp產生一準位移轉訊號Sq(對應第八圖實施例的第一輸出訊號Q或第二輸出訊號QN)。參考電位VBS係用以可提供高於輸入電壓VIN的一電位，使直流轉直流降壓轉換控制電路可以正確地控制第一功率開關T1的導通與截止。參考電位VBS可以是由一獨立於輸入電壓VIN的一電壓源所提供，或者如本實施例般，額外增加一自舉電路150。自舉電路150耦接連接點PHASE及輸入電壓VIN，並透過第一功率開關T1之導通與截止的切換來提供參考電位VBS。
訊號準位移轉電路可以是第八圖或其他實施例的訊號準位移轉電路，在此以第八圖所示實施例的電路來說明。為了方便配合第八圖之實施例來理解直流轉直流降壓轉換控制電路之操作，在此說明兩實施例的電位對應關係：第一準位VSS1、第二準位VPP2、第三準位VPP1及第四準位VSS2分別對應到共同電位GND、參考電位VBS、驅動電位VDD及連接點電位VPH。
訊號準位移轉電路包含一準位移轉電路100以及一狀態偵測電路110，而準位移轉電路100包含一訊號輸入電路102、一訊號輸出電路104以及一反相器106，耦接共同電位GND、參考電位VBS、驅動電位VDD及連接點電位VPH。反相 器106係用以接收脈寬調控訊號Sp，並反相提供一反相脈寬調控訊號Sp’。脈寬調控訊號Sp及反相脈寬調控訊號Sp’分別作為第一輸入訊號S及第二輸入訊號R，以輸入到訊號輸入電路102。訊號輸入電路102於脈寬調控訊號Sp位於驅動電位VDD時產生一第一電流I1，於脈寬調控訊號Sp位於共同電位GND時產生一第二電流I2。訊號輸出電路104用以產生準位移轉訊號Sq，於偵測到訊號輸入電路102產生第一電流I1時，準位移轉訊號Sq被切換於參考電位VBS，於偵測到訊號輸入電路102產生第二電流I2時，準位移轉訊號Sq被切換於連接點電位VPH。狀態偵測電路110偵測轉換電路之一操作狀態，以根據轉換電路之操作狀態，來決定是否產生一停止訊號Ssd以停止訊號輸入電路102產生第一電流I1及第二電流I2。在本實施例，狀態偵測電路110耦接連接點PHASE，以偵測電感L的電流。狀態偵測電路110包含一延遲判斷電路112及一電流偵測電路118。電流偵測電路118偵測電感L的電流，於偵測到電感電流逆流時，產生一輕載通知訊號Ss。延遲判斷電路112耦接電流偵測電路118，於電流偵測電路118持續產生輕載通知訊號Ss達一預定延遲時間Td時，產生停止訊號Ssd。驅動電路160耦接訊號準位移轉電路及迴授控制電路，根據脈寬調控訊號Sp及準位移轉訊號Sq產生上控制訊號UG及下控制訊號LG以分別控制第一功率開關T1及第二功率開關T2導通或截止。驅動電路160包含一上驅動電路162及一下驅動電路164。上驅動 電路162耦接自舉電路150及連接點PHASE，以接收參考電位VBS及連接點電位VPH，並耦接訊號準位移轉電路，根據準位移轉訊號Sq產生上控制訊號UG。下驅動電路164耦接迴授控制電路，根據脈寬調控訊號Sp產生下控制訊號LG。
請參見第十一圖，為第十圖所示的訊號準位移轉電路的訊號波形圖。請同時參見第十圖，當電流偵測電路118判斷電感電流逆流時，產生輕載通知訊號Ss。當輕載通知訊號Ss持續預定延遲時間Td時，延遲判斷電路112產生停止訊號Ssd。請同時參見第八圖，停止訊號Ssd截止電流開關MNO，使電晶體MN1的電流In為零，而達到停止第一電流I1及第二電流I2的作用。另外，值得注意的是，當電感電流將逆流時，下驅動電路164截止第二功率開關T2以避免電感電流逆流。此時，由於第一功率開關T1及第二功率開關T2同處於截止狀態，而使連接點PHASE的連接點電位VPH震盪。自舉電路150耦接連接點PHASE，因此連接點電位VPH的震盪會影響參考電位VBS而造成雜訊干擾。這時若同習知技術般將電流In立即關閉，則可能造成準位移轉電路100的準位移轉訊號Sq輸出錯誤。本發明的預定延遲時間Td內電流In仍存在而達到抗雜訊干擾之作用。另外，於避開連接點電位VPH的震盪後(即經過預定延遲時間Td)停止電流In，又具有降低功率之優點。
請參見第十二圖，為第十圖所示的訊號準位移轉電路的參考電位VBS及連接點電位VPH的波形圖。當電流偵測 電路118偵測到電感電流逆流時，即代表轉換電路進入輕載狀態，例如L：DEM或DCM。於預定延遲時間後狀態偵測電路110產生停止訊號Ssd以截止電流In，使準位移轉電路100停止產生第一電流I1及第二電流I2。此時，準位移轉電路100不再從參考電位VBS流經電流至連接點電位VPH，而確保參考電位VBS與連接點電位VPH之電位差維持不變。
請參見第十三圖，為根據本發明之一第二較佳實施例之訊號準位移轉電路之電路示意圖。相較於第八圖之實施例，主要的差異在於一訊號輸入電路202較訊號輸入電路102增加了電晶體MN8和MN9，而一訊號輸出電路204較訊號輸出電路104增加了電晶體MP5和MP6。電晶體MN8和MN9的閘極耦接第三準位VPP1，以確保電晶體MN8和MN9的源極，即電晶體MN4和MN5的汲極電壓不高於第三準位VPP1而達到箝壓的作用。因此，電晶體MN4和MN5可以使用低壓電晶體而降低了訊號準位移轉電路的成本。電晶體MP5和MP6為一加速電路。電晶體MP5的閘極耦接電晶體MP1的閘極，而汲極耦接電晶體MP4的閘極。當第一電流I1產生時，電晶體MP1與電晶體MP5同時導通。此時電晶體MP5可以快速拉高電晶體MP4的閘極而使電晶體MP4完全截止，以快速截止第二電流I2。同樣地，電晶體MP6的一閘極耦接電晶體MP4的閘極，而一汲極耦接電晶體MP1的閘極。當第二電流I2產生時，電晶體MP4與電晶體MP6同時導通。此時電晶體MP6可以快速拉高電晶體MP1的閘極而 使電晶體MP1完全截止，以快速截止第一電流I1。
請參見第十四圖，為根據本發明之一第三較佳實施例之訊號準位移轉電路之電路示意圖。第八圖及第十三圖所示之實施例係將第一輸入訊號S及第二輸入訊號R由較低的第一準位VSS1及第三準位VPP1，轉換成較高準位的第四準位VSS2及第二準位VPP2的第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN輸出。而第十四圖所示的訊號準位移轉電路則係將第一輸入訊號S及第二輸入訊號R由較高準位的第四準位VSS2及第二準位VPP2，轉換成較低的第一準位VSS1及第三準位VPP1的第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN輸出。
請同時參見第十五圖，為第十四圖所示訊號準位移轉電路的訊號波形圖。一訊號輸入電路302耦接於第一準位VSS1及第二準位VPP2之間，用以接收第一輸入訊號S及第二輸入訊號R。第一輸入訊號S及第二輸入訊號R於第四準位VSS2及第二準位VPP2之間切換。訊號輸入電路302包含電晶體MP1~MP5、MN1、MN6、電流開關MNO以及電流源Ib。電流源Ib耦接第一準位VSS1，當電流開關MNO導通時，提供一電流Ip流經電晶體MP1。一訊號輸出電路304耦接於第三準位VPP1及第一準位VSS1之間，用以輸出第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN。第一輸出訊號Q及第二輸出訊號QN於第三準位VPP1及第一準位VSS1之間切換。本實施例的訊號準位移轉電路與第八圖及第十三圖所示的訊號準位移轉電路相類似，詳細之電路 運作可參考第八圖及第十三圖的對應電路說明，在此不再累述。
請參見第十六圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之電流偵測電路之電路示意圖。為了更清楚理解電流偵測電路的運作，電流偵測電路以應用至第八圖為例說明。電流偵測電路包含一比較器Com及一RS正反器。下控制訊號LG係用以致能及禁能比較器Com。比較器Com於下控制訊號LG為一高準位時，即第二功率開關T2導通時被致能；於下控制訊號LG為一低準位時被禁能。比較器Com的一非反相輸入端接收一電流偵測訊號Ise，一反相端接收一輕載判斷值Vrc。在本實施例，輕載判斷值Vrc可以為一接地電位，也就是共同電位GND。在第二功率開關T2導通時，比較器Com被致能以偵測第二功率開關T2的電流是否發生逆流。當電流偵測訊號Ise高於輕載判斷值Vrc時，比較器Com產生一高準位訊號，以觸發RS正反器產生輕載通知訊號Ss。實際應用時，連接點電位VPH可以作為電流偵測訊號Ise。當連接點電位VPH大於零時，代表進入輕載狀態並產生輕載通知訊號Ss。
請參見第十七圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之電感電流偵測電路之電路示意圖。電感電流偵測電路包含一轉導放大器GM、一取樣保持電路S/H、一偵測電容C、電阻Re和Rcsn。偵測電容C和電阻Re串聯，並與電感L並聯。利用電感L本身的一直流阻抗DCR，偵測電容C上的一跨壓Vc 會與電感L的一電感電流IL成正比。轉導放大器GM的一非反相輸入端耦接電阻Re與偵測電容C的一連接點，而一反相輸入端透過電阻Rcsn耦接電容C的另一端。轉導放大器GM根據非反相輸入端及反相輸入端的一電壓差於一輸出端產生一輸出電流Icsn。轉導放大器GM的反相輸入端與輸出端耦接。因此，輸出電流Icsn會流過電阻Rcsn並於電阻Rcsn上形成跨壓抵銷電容C上的跨壓Vc，使轉導放大器GM的反相輸入端與非反相輸入端的電壓差為零。當電感電流IL逆流時，也就是電感電流IL由輸出電壓VOUT流回連接點PHASE時，輸出電流Icsn將小於等於零。取樣保持電路S/H於每一週期偵測偵測電容C上的跨壓Vc，並據此產生電流偵測訊號Ise。當電感電流IL為逆流時，電流偵測訊號Ise大於零，使電感電流偵測電路產生輕載通知訊號Ss。
請參見第十八圖，為根據本發明之一第一較佳實施例之延遲判斷電路之電路示意圖。延遲判斷電路包含一開關Md、一電流源Id、一電容Cd、一比較器Dd及一及閘Ad。開關Md一端耦接驅動電位VDD，另一端耦接電流源Id。電容Cd一端耦接開關Md與電流源Id之一連接點，另一端接地。比較器Dd之一非反相輸入端接收一延遲參考電壓Vr，一反相輸入端耦接電容Cd。
請同時參見第十九圖，為第十八圖所示延遲判斷電路的訊號波形圖。當輕載通知訊號Ss為一低準位時，開關 Md導通，使電容Cd的一電位被拉升至驅動電位VDD而高於延遲參考電壓Vr。此時，及閘Ad停止輸出停止訊號Ssd(即停止訊號Ssd為一低準位)。當輕載通知訊號Ss轉為一高準位時，開關Md截止。此時電流源Id開始對電容Cd放電，電容Cd的電位由驅動電位VDD開始往下降，至經過預定延遲時間Td，電容Cd的電位降至延遲參考電壓Vr，而使比較器Dd輸出一高準位訊號。此時，及閘Ad的兩輸入端均為高準位而輸出停止訊號Ssd。當輕載通知訊號Ss由高準位轉為低準位時，開關Md導通使電容Cd的一跨壓立即被拉升至驅動電位VDD。此時，及閘Ad停止輸出停止訊號Ssd。
如上所述，本發明完全符合專利三要件：新穎性、進步性和產業上的利用性。本發明在上文中已以較佳實施例揭露，然熟習本項技術者應理解的是，該實施例僅用於描繪本發明，而不應解讀為限制本發明之範圍。應注意的是，舉凡與該實施例等效之變化與置換，均應設為涵蓋於本發明之範疇內。因此，本發明之保護範圍當以下文之申請專利範圍所界定者為準。
102‧‧‧訊號輸入電路
104‧‧‧訊號輸出電路
110‧‧‧狀態偵測電路
112‧‧‧延遲判斷電路
114‧‧‧及閘
116‧‧‧延遲電路
118‧‧‧電流偵測電路
Ib‧‧‧電流源
I1‧‧‧第一電流
I2‧‧‧第二電流
In‧‧‧電流
MN1~MN7、MP1~MP4‧‧‧電晶體
MNO‧‧‧電流開關
Q‧‧‧第一輸出訊號
QN‧‧‧第二輸出訊號
R‧‧‧第二輸入訊號
S‧‧‧第一輸入訊號
Sd‧‧‧延遲訊號
Ss‧‧‧輕載通知訊號
Ssd‧‧‧停止訊號
VPP1‧‧‧第三準位
VPP2‧‧‧第二準位
VSS1‧‧‧第一準位
VSS2‧‧‧第四準位

Claims (10)

  1. 一種訊號準位移轉電路，包含：一訊號輸入電路，耦接於一第一準位及一第二準位之間，用以接收一第一輸入訊號及一第二輸入訊號，該第一輸入訊號及該第二輸入訊號於該第一準位及一第三準位之間切換，其中，該訊號輸入電路於該第一輸入訊號位於該第三準位時產生一第一電流，於該第二輸入訊號位於該第三準位時產生一第二電流；一訊號輸出電路，耦接於該第二準位及一第四準位之間，用以輸出一第一輸出訊號及一第二輸出訊號，該第一輸出訊號及該第二輸出訊號於該第二準位及該第四準位之間切換，其中，該訊號輸出電路於偵測到該第一電流時，該第一輸出訊號被切換於該第二準位，該第二輸出訊號被切換於該第四準位，於偵測到該第二電流時，該第二輸出訊號被切換於該第二準位，該第一輸出訊號被切換於該第四準位；以及一狀態偵測電路，一電流轉換電路或一電壓轉換電路之一操作狀態，以根據該轉換電路之該操作狀態，來決定是否產生一停止訊號以停止該訊號輸入電路產生該第一電流及該第二電流。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之訊號準位移轉電路，其中該狀 態偵測電路包含一電流偵測電路，耦接該電流轉換電路或該電壓轉換電路以偵測該轉換電路之一電流，於偵測到該電流轉換電路或該電壓轉換電路之該電流小於一輕載判斷值時，產生一輕載通知訊號，使該狀態偵測電路根據該輕載通知訊號決定是否產生該停止訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之訊號準位移轉電路，其中該狀態偵測電路更包含一延遲判斷電路，耦接該電流偵測電路，於該電流偵測電路持續產生該輕載判斷值達一預定延遲時間時，產生該停止訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項其中之一所述之訊號準位移轉電路，其中該訊號輸出電路包含一加速電路，於偵測該第一電流產生時，截止該第二電流，於偵測該第二電流產生時，截止該第一電流。
  5. 一種直流轉直流降壓轉換控制電路，用以控制一電流轉換電路或一電壓轉換電路中串聯的一第一功率開關及一第二功率開關，該第一功率開關耦接一輸入電壓及一連接點而該第二功率開關耦接該連接點及一共同電位，該直流轉直流降壓轉換控制電路包含：一迴授控制電路，根據代表該轉換電路之一狀態之一 偵測訊號，產生一脈寬調控訊號，該脈寬調控訊號於該共同電位及一驅動電位之間切換；一訊號準位移轉電路，根據該脈寬調控訊號產生一準位移轉訊號，該訊號準位移轉電路包含：一訊號輸入電路，耦接於該共同電位及一參考電位之間，於該脈寬調控訊號位於該驅動電位時產生一第一電流，於該脈寬調控訊號位於該共同電位時產生一第二電流；一訊號輸出電路，耦接於該參考電位及該連接點之間，用以輸出該準位移轉訊號，該準位移轉訊號於該參考電位及該連接點的電位之間切換，其中，該訊號輸出電路於偵測到該第一電流時，該準位移轉訊號被切換於該參考電位，於偵測到該第二電流時，該準位移轉訊號被切換於該連接點的電位；以及一狀態偵測電路，偵測該電流轉換電路或該電壓轉換電路之一操作狀態，以根據該轉換電路之該操作狀態，來決定是否產生一停止訊號以停止該訊號輸入電路產生該第一電流及該第二電流；以及一驅動電路，耦接該訊號準位移轉電路及該迴授控制電路，根據該脈寬調控訊號及該準位移轉訊號產生一上控制訊號及一下控制訊號以分別控制該第一功率開關及該第二功率開關導通或截止。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之直流轉直流降壓轉換控制電路，其中該電流轉換電路或該電壓轉換電路更包含一自舉電路，耦接該連接點及該輸入電壓，以提供該參考電位。
  7. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之直流轉直流降壓轉換控制電路，其中該電流轉換電路或該電壓轉換電路包含一電感，該狀態偵測電路包含一電流偵測電路，耦接該轉換電路以偵測該電流轉換電路或該電壓轉換電路之一電流，於偵測到該電流轉換電路或該電壓轉換電路之該電流小於一輕載判斷值時，產生一輕載通知訊號，使該狀態偵測電路根據該輕載通知訊號決定是否產生該停止訊號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之直流轉直流降壓轉換控制電路，其中該狀態偵測電路更包含一延遲判斷電路，耦接該電流偵測電路，於該電流偵測電路持續產生該輕載判斷值達一預定延遲時間時，產生該停止訊號。
  9. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之直流轉直流降壓轉換控制電路，其中該訊號輸出電路包含一加速電路，於偵測該第一電流產生時，截止該第二電流，於偵測該第二電流產生時，截止該第一電流。
  10. 如申請專利範圍第5項或第6項所述之直流轉直流降壓轉換控制電路，其中該驅動電路包含一上驅動電路及一下驅動電路，該上驅動電路耦接該訊號準位移轉電路，根據該準位移轉訊號產生該上控制訊號，而該下驅動電路耦接該迴授控制電路，根據該脈寬調控訊號產生該下控制訊號。
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