TWI554860B - 基準補償模組及開關型電壓調整電路 - Google Patents

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Description

基準補償模組及開關型電壓調整電路
本發明的實施例係有關功率變換器，尤其有關功率變換器中的基準補償電路。
開關型電壓調整電路被廣泛使用於為各種電子設備以提供電源。由開關型電壓調整電路所供電的電子設備通常可以看作為該開關型電壓調整電路的負載。開關型電壓調整電路一般透過控制開關單元的週期性開關切換以將輸入電壓轉換為合適且穩定的輸出電壓提供給負載，同時調整傳輸給負載的功率。
通常，開關型電壓調整電路中包括控制單元，該控制單元基於反映開關型電壓調整電路的輸出電壓的回饋信號和表示該輸出電壓期望值的參考信號而控制開關單元的開關切換，以根據負載變化而對輸出電壓進行及時調整。該參考信號通常由基準單元所產生。然而，在大多數的開關型電壓調整電路中，控制單元、基準單元與開關單元被集 成在同一或不同的裸晶上，並被封裝在一個晶片中。封裝於晶片內部的各電路單元(例如，控制單元、基準單元與開關單元)均以晶片的內部參考地做為參考地電位，該內部參考地通常透過電阻性連接元件，例如焊線(bondwire)等而被連接至晶片的封裝接地引腳。在開關單元的週期性開關切換過程中，會產生開關切換電流，該切換電流經連接內部參考地和接地引腳的電阻性連接元件流至接地引腳，將導致晶片的內部參考地與其接地引腳之間具有偏移電壓。
由於參考信號是由集成於開關型電壓調整電路晶片內部的基準單元所提供，是以內部參考地做為參考地電位的，相對於接地引腳具有所述偏移電壓。當開關型電壓調整電路的負載電流變化時，開關單元的切換電流隨即變化，從而引起所述偏移電壓變化，那麼用於為調節輸出電壓作基準的參考信號相對於接地引腳也在變化，使開關型電壓調整電路的負載調整率變差。該偏移電壓會導致開關型電壓調整電路的負載調整率變差，直接對該開關型電壓調整電路根據其負載的變化調節其輸出電壓的精確性和穩定性造成不良的影響。開關型電壓調整電路的負載調整率通常指當該電壓轉換電路的負載電流變化時其輸出電壓相應的變化情況，通常以輸出電流從零變化到額定最大電流時，輸出電壓的變化量和輸出電壓的百分比值來予以表示，是衡量電壓轉換電路的穩壓性能的一項重要指標。
因而，希望提供解決方案，以消除以上偏移電壓對開 關型電壓調整電路的不良影響。
現有的一種解決方案是在晶片封裝層面上為晶片內部的開關單元提供獨立於其他電路單元(例如，控制單元、基準單元等)的接地引腳。由此，相對較大的開關切換電流不再流經其他電路單元的接地引腳，則其他電路單元的內部參考地與其接地引腳之間的壓差基本可以被忽略，使參考信號不再受負載電流變化的影響。然而此一解決方案需要為開關單元增加獨立的接地引腳，使開關型電壓調整電路的晶片尺寸增大、封裝成本走高。
現有的另一種解決方案是透過晶片級規模封裝或者倒裝晶片封裝以減小晶片內部參考地與封裝接地引腳之間的電阻性連接元件的電阻值。然而晶片級規模封裝或者倒裝晶片封裝單位面積的實現成本昂貴，而使所述電阻性連接元件的電阻值減小並不明顯。
針對現有技術中的一個或多個問題，本發明的實施例提供開關型電壓調整電路及基準補償單元。
在本發明的一個態樣，提出了一種開關型電壓調整電路，包括：輸入端，用以接收供電電壓；輸出端，用以提供輸出電壓及輸出電流；內部參考地，透過電阻性連接元件而被耦接至接地引腳，相對於所述接地引腳具有與所述輸出電流成比例的平均偏移電壓，該平均偏移電壓與輸出電流的比例係數為第一比例係數；開關單元，具有第一 端，係耦接至所述輸入端，第二端，係耦接至所述輸出端，第三端，係耦接至所述內部參考地，以及第四端，被電耦接以接收控制信號，該開關單元被配置成基於該控制信號而進行導通和關斷切換，從而將所述供電電壓轉換為所述輸出電壓；控制單元，被電耦接以接收表示所述輸出電壓的回饋信號，並接收表示所述輸出電壓之期望值的第一參考信號，該控制單元至少部分地基於該回饋信號和該第一參考信號而提供所述控制信號；以及基準補償單元，被電耦接以接收相對於內部參考地具有帶隙基準電壓的第二參考信號，並接收與所述輸出電流成比例的基準補償信號，該基準補償信號與輸出電流的比例係數為第二比例係數，該基準補償單元基於採用所述基準補償信號而對所述第二參考信號進行補償以產生所述第一參考信號，以使第一參考信號以接地引腳做為參考時的平均偏移電壓實質上被抵消。
在本發明的另一態樣，提出了一種基準補償單元，用於開關型電壓調整電路，其中，所述開關型電壓調整電路具有內部參考地，該內部參考地相對於所述接地引腳具有與開關型電壓調整電路的輸出電流成比例的平均偏移電壓，該平均偏移電壓與輸出電流的比例係數為第一比例係數。該基準補償單元包括：第一輸入端，被電耦接以接收相對於所述內部參考地具有帶隙基準電壓的第二參考信號；第二輸入端，被電耦接以接收與所述輸出電流成比例的基準補償信號，該基準補償信號與輸出電流的比例係數 為第二比例係數；以及輸出端，被電耦接以提供第一參考信號；該基準補償單元被建構以基於採用所述基準補償信號而對所述第二參考信號進行補償以使所述第一參考信號以所述接地引腳做為參考時，所述平均偏移電壓實質上被抵消。
利用上述方案，根據本發明實施例的基準補償單元提供第一參考信號，用作為調整開關型電壓調整電路的輸出電壓的基準信號，並使該第一參考信號以接地引腳做為參考時不受偏移電壓的影響，從而改善電路的負載調整率。並且該基準補償電路實現簡單，利用開關型電壓調整電路中已有的模組提供基準補償信號，在不增加電路複雜度和成本的情況下便可實現降低/消除平均偏移電壓對第一參考信號及電路負載調整率的影響，以改善電路性能。包括該負載調整電路的開關型電壓調整電路具有良好的負載調整率，並且無需為開關單元設置獨立於電路中的其他電路單元的接地引腳，電路尺寸和成本均得以降低。
100‧‧‧開關型電壓調整電路
101‧‧‧輸入端
102‧‧‧輸出端
103‧‧‧開關單元
104‧‧‧控制單元
105‧‧‧基準補償單元
106‧‧‧負載
107‧‧‧輸出濾波單元
108‧‧‧晶片
1051‧‧‧分壓電路
1052‧‧‧增益緩衝器
1053‧‧‧疊加電路
1054‧‧‧可控傳輸裝置
1055‧‧‧濾波器
200‧‧‧開關型電壓調整電路
201‧‧‧第一控制模組
202‧‧‧第二控制模組
203‧‧‧第三控制模組
204‧‧‧電流檢測單元
205‧‧‧迴路補償模組
1031‧‧‧第一開關
1032‧‧‧第二開關
300‧‧‧開關型電壓調整電路
1056‧‧‧低通濾波器
R1‧‧‧第一電阻器
R2‧‧‧第二電阻器
R3‧‧‧第三電阻器
A3‧‧‧增益放大器
M‧‧‧電晶體
A2‧‧‧電流檢測放大器
A1‧‧‧第一運算放大器
RS‧‧‧檢測電阻器
下面的附圖有助於更好地理解接下來對本發明之不同實施例的描述。這些附圖並非按照實際的特徵、尺寸及比例來予以繪製，而是示意性地示出了本發明一些實施方式的主要特徵。這些附圖和實施方式以非限制性、非窮舉性的方式提供了本發明的一些實施例。為簡明起見，不同附圖中具有相同功能的相同或類似的元件或結構採用相同的 附圖標記。
圖1示出了根據本發明之一個實施例的開關型電壓調整電路100的電路架構示意圖；圖2示出了根據本發明之一個實施例的基準補償單元105的電路架構示意圖；圖3示出了根據本發明之一個實施例的開關型電壓調整電路200的電路架構示意圖；圖4A示出了圖3實施例中基準補償單元105的分壓電路1051和疊加電路1053在僅施加第二參考信號時的等效電路架構圖；圖4B示出了圖3實施例中基準補償單元105的分壓電路1051和疊加電路1053在僅施加第二補償信號時的等效電路架構圖；圖5示出了可以用作為圖3所示開關型電壓調整電路200中之基準補償單元105的又一實施例的電路架構示意圖；圖6示出了根據本發明一個實施例的開關型電壓調整電路300的電路架構示意圖；圖7示出了圖6實施例中基準補償單元105的分壓電路1051在僅施加第二參考信號時的等效電路架構圖；圖8示出了可以用作為圖6所示開關型電壓調整電路300中之基準補償單元105的又一實施例的電路架構示意圖；圖9示出了本發明的開關型電壓調整電路300的一變 型實施例的電路架構示意圖；圖10示出了可以用作為圖9所示開關型電壓調整電路300中之基準補償單元105的又一實施例的電路架構示意圖。
下面將詳細說明本發明的一些實施例。在接下來的說明中，一些具體的細節，例如實施例中的具體電路結構和這些電路元件的具體參數，都用於對本發明的實施例提供更好的理解。本技術領域的技術人員可以理解，即使在缺少一些細節或者其他方法、元件、材料等結合的情況下，本發明的實施例也可以被實現。
在本發明的說明書中，提及“一個實施例”時均意指在該實施例中描述的具體特徵、結構或者參數、步驟等至少包含在根據本發明的一個實施例中。因而，在本發明的說明書中，若採用了諸如“根據本發明的一個實施例”、“在一個實施例中”等用語並不用於特指在同一個實施例中，若採用了諸如“在另外的實施例中”、“根據本發明的不同實施例”、“根據本發明另外的實施例”等用語，也並不用於特指提及的特徵只能包含在特定的不同的實施例中。本領域的技術人員應該理解，在本發明說明書的一個或者多個實施例中所揭示的各具體特徵、結構或者參數、步驟等可以以任何合適的方式來加以組合。另外，在本發明的說明書及申請專利範圍中，“耦接”一詞意指透 過電氣或者非電氣的方式來實現直接或者間接的連接。“一個”並不用於特指單一個，而是可以包括複數個形式。“在……中”可以包括“在……中”和“在……上”的含義。除非特別明確指出，“或”可以包括“或”、“和”及“或/和”的含義，並不用於特指只能選擇幾個並列特徵中的一個，而是意指可以選擇其中的一個或幾個或其中某幾個特徵的組合。除非特別明確指出，“基於”一詞不具有排它性，而是意指除了基於明確描述的特徵之外，還可以基於其他未明確描述的特徵。“電路”意指至少將一個或者多個有源或無源的元件耦接在一起以提供特定功能的結構。“信號”至少可以指包括電流、電壓、電荷、溫度、資料、壓力或者其他類型的信號。若“電晶體”的實施例可以包括“場效應電晶體”或者“雙極接面型電晶體”，則“閘極/閘極區”、“源極/源極區”、“汲極/汲極區”分別可以包括“基極/基極區”、“射極/射極區”、“集極/集極區”，反之亦然。本領域的技術人員應該理解，以上羅列的對本發明中描述用語的解釋僅僅是示例性的，並不用來對各用語進行絕對的限定。
圖1示出了根據本發明一個實施例的開關型電壓調整電路100的電路架構示意圖。該開關型電壓調整電路100用以從供電電源Vpwr為負載106提供合適的輸出電壓Vo。供電電源Vpwr可以是由其他系統埠所提供的電壓、由供電線路所提供的電壓或者由上流電路模組所提供的電壓等等。負載106可以包括任何由輸出電壓Vo所供電的 下流電路模組或者其他電子設備等。
該開關型電壓調整電路100可以具有輸入端101，用以接收供電電壓Vpwr；和輸出端102，用以提供恒定的輸出電壓Vo以為負載106供電，並向負載106提供輸出電流Io。該開關型電壓調整電路100可以包括：開關單元103、控制單元104以及基準補償單元105。開關單元103、控制單元104以及基準補償單元105可以被集成於同一或不同的裸晶上，並被封裝在一個晶片108中。封裝於晶片108內部的各電路單元(例如，開關單元103、控制單元104、基準單元105等)通常可以稱為內部集成單元。該開關型電壓調整電路100具有晶片內部參考地PGND，透過電阻性連接元件Rpgnd連接至晶片的接地引腳GND。該內部參考地PGND用作為晶片108的各內部集成單元的接地點。電阻性連接元件Rpgnd可以包括諸如焊線、倒裝晶片焊接凸點等連接元件。
開關單元103被建構用以回應於控制信號(例如，圖1中示意的控制信號DR)調整自供電電源Vpwr傳輸至負載106的電能/功率。根據本發明的一個示例性實施例，開關單元103可以具有：第一端，係耦接至所述輸入端101；第二端，係耦接至所述輸出端102；第三端，係耦接至所述內部參考地PGND；以及第四端，被電耦接以接收控制信號(例如，圖1中示意的控制信號DR)。該開關單元103被配置成基於該控制信號(DR)而進行導通和關斷切換，從而將所述供電電壓Vpwr轉換為所述輸出 電壓Vo。一般可以將開關單元103每運行一次導通和關斷切換中的導通期間和關斷期間之和稱作開關型電壓調整電路100的一個運行週期，並將每次開關單元103的導通期間占整個運行週期(亦即，開關單元103的導通和關斷切換週期)的比例稱為開關單元103的導通占空比或開關型電壓調整電路100的占空比，本發明中用D表示。因此，可以透過控制信號(DR)調整開關單元103的導通和關斷切換來調節占空比D，以達到調整輸出電壓Vo及傳輸至負載106之功率的目的。在一個實施例中，開關單元103在導通期間允許流過第一切換電流IS1，在關斷期間允許流過第二切換電流IS2，輸出電流Io可以看作為一個運行週期中第一切換電流IS1和第二切換電流IS2的平均。在一個實施例中，開關單元103至少包括可控主開關(圖1中未示出)，該可控主開關回應於控制信號DR進行導通和關斷切換，可控主開關導通時稱作開關單元103導通，可控主開關關斷時稱作開關單元103關斷。
在開關型電壓調整電路100運行時，無論是開關單元103的第一切換電流IS1還是第二切換電流IS2流到內部參考地PGND並流經電阻性連接元件Rpgnd至晶片接地引腳GND，都會在電阻性連接元件Rpgnd上產生壓降，導致從內部參考地PGND至接地引腳GND具有壓差，該壓差在一個運行週期中的平均，亦即，內部參考地PGND與接地引腳GND之間的平均偏移電壓，本發明中記作Voffset。在圖1的例子中，示意為開關單元103的第二切換電流 IS2流經電阻性連接元件Rpgnd而引起所述平均偏移電壓Voffset。然而，這僅是為便於理解而作的示例性圖示，並不用來對本發明進行任何限定。比如，在其他實施例中，也可能是開關單元103的第一切換電流IS1流經電阻性連接元件Rpgnd而引起所述平均偏移電壓Voffset。開關型電壓調整電路100的拓撲結構不同或者開關單元103的結構不同則引起所述平均偏移電壓Voffset的開關切換電流也不同。該平均偏移電壓Voffset與流過電阻性連接元件Rpgnd的來自開關單元103的開關切換電流(例如，開關單元103導通期間的第一切換電流IS1或者關斷期間的第二切換電流IS2)的平均值成比例。因此，可以認為該平均偏移電壓Voffset與輸出電流Io成比例，具有第一比例係數K1，亦即，VoffsetK1*Io。該第一比例係數K1實質上基本上由電阻性連接元件Rpgnd的電阻值(本發明中也用Rpgnd表示)以及占空比D決定。例如，對於圖1示意的例子，該第一比例係數K1可以被表示為K1=Rpgnd*(1-D)。在本發明中將(1-D)稱為開關單元103的關斷占空比。
本領域的技術人員應該理解，以所述接地引腳GND做為參考時，平均偏移電壓Voffset的值可能為正也可能為負，取決於流過電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流(例如，IS1或IS2)的流向。若流過電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流(例如，IS1或IS2)的流向為從開關單元103流向接地引腳GND的方向，則平均偏移電壓 Voffset相對於接地引腳GND為正，表明所述內部參考地PGND相對於接地引腳GND具有正電位。若流過電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流(例如，IS1或IS2)的流向為從接地引腳GND流向開關單元103的方向，則平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為負，表示所述內部參考地PGND相對於接地引腳GND具有負電位。在本發明的附圖中，用符號“+”和“-”來表示平均偏移電壓Voffset的正負方向。例如，在圖1中，示意為從接地引腳GND流向開關單元103的第二切換電流IS2流經電阻性連接元件Rpgnd引起所述平均偏移電壓Voffset，因而在這一示例中平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為負。然而本領域的技術人員應該理解這僅是為便於理解而作的示例性圖示，並不用來對本發明進行任何限定。
控制單元104被建構用以提供所述控制信號(例如，圖1中示意的控制信號DR)至所述開關單元103以控制開關單元103的導通與關斷切換。在圖1的示例性實施例中，控制單元104接收表示開關型電壓調整電路100之輸出電壓Vo的回饋信號VFB，以及表示所述輸出電壓Vo之期望值的第一參考信號REF1，至少部分地基於該回饋信號VFB和該第一參考信號REF1而提供所述控制信號(例如，圖1中示意的DR)至開關單元103。所述回饋信號VFB可以是輸出電壓Vo的取樣電壓也可以是輸出電壓Vo本身。在一個示例性的實施例中，參考圖1示意，開關型電壓調整電路100還包括回饋單元，係耦接於輸出端 102，用以取樣輸出電壓Vo以提供回饋信號VFB。該回饋單元示例性地包括第一回饋電阻器Rfb和第二回饋電阻器Rref串聯耦接於輸出端102與接地引腳GND之間，該第一回饋電阻器Rfb和第二回饋電阻器Rref的共同連接端作為回饋輸出端，以提供所述回饋信號VFB。
基準補償單元105被建構用以補償以接地引腳GND做為參考時所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響。根據本發明的一個實施例，仍參考圖1示意，基準補償單元105被配置成接收第二參考信號REF2和基準補償信號CP1，並基於該第二參考信號REF2和該基準補償信號CP1而產生所述第一參考信號REF1。該第二參考信號REF2可以是相對於所述內部參考地PGND具有帶隙基準電壓VBG的參考信號，該第二參考信號REF2可以由公知的基準信號產生單元(例如，帶隙基準電路等)產生並提供，本發明中不加贅述。基準信號產生單元一般被集成並封裝於晶片108內部，因而該第二參考信號REF2以所述內部參考地PGND做為參考地電位，其以接地引腳GND做為參考地電位時受所述平均偏移電壓Voffset的影響。由於所述平均偏移電壓Voffset與輸出電流Io成比例並具有第一比例係數K1，則基準補償信號CP1可以取與輸出電流Io成比例並具有第二比例係數K2的信號。這樣便可以採用該基準補償信號CP1對第二參考信號REF2進行補償，以將平均偏移電壓Voffset基本抵消，使補償後所產生的第一參考信號REF1相對於接地引 腳GND而不受平均偏移電壓Voffset的影響。該基準補償信號CP1可以透過檢測並處理開關單元103的開關切換電流(例如，第一切換電流IS1或者第二切換電流IS2)或者開關型電壓調整電路100的輸出電流Io或者該開關型電壓調整電路100中任何其他可以表示其輸出電流Io的信號產生。然而，本領域的技術人員應該理解，此處僅列舉幾個可以用於產生基準補償信號CP1的信號作為例子，本發明並不限於此。
根據本發明的一個示例性實施例，期望第一參考信號REF1相對於接地引腳GND具有與所述帶隙基準電壓VBG成比例(包括相等)的參考電壓。這種情況下，可以進一步配置基準補償單元105，使基準補償單元105產生與所述第二參考信號REF2成比例的第三參考信號REF3以及與基準補償信號CP1成比例的第二補償信號CP2，其中，第三參考信號REF3與第二參考信號REF2的比例係數為第三比例係數K3，亦即，REF3K3*REF2，第二補償信號CP2與基準補償信號CP1的比例係數為第四比例係數K4，亦即，CP2K4*CP1。基準補償單元105進一步將所述第二補償信號CP2疊加於所述第三參考信號REF3以產生所述第一參考信號REF1。因此，在此一實施例中，以接地引腳GND做為參考地時，該第一參考信號REF1可以用下式(1)表示：REF1=REF3+Voffset±CP2K3*VBG+K1*Io±K4*K2*Io (1)
通常，所述第三比例係數K3可以根據開關型電壓調 整電路100的輸出電壓Vo的期望值以及回饋信號VFB與輸出電壓Vo的比例而確定。上式(1)中的“±”符號表示將所述第二補償信號CP2疊加於所述第三參考信號REF3可以是“加”運算也可以是“減”運算。具體進行“加”運算還是“減”運算取決於平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND是正還是負。從式(1)可以得知，透過合理選擇所述第二比例係數K2和第四比例係數K4，可以採用“K4*K2*Io”項將表示所述平均偏移電壓Voffset的“K1*Io”項抵消掉，這就意味著以接地引腳GND做為參考地時，所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響可以透過所述基準補償信號CP1被基本抵消掉。
根據本發明的一個示例性實施例，流經所述電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流(例如，第一切換電流IS1或者第二切換電流IS2)為從接地引腳GND流向開關單元103的方向，因而所述平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為負。在這種情況下，所述基準補償單元105將所述第二補償信號CP2與所述第三參考信號REF3進行“加”運算以提供所述第一參考信號REF1，亦即，在以上第一參考信號REF1的運算式(1)中，“±”符號取“+”號。這樣，將式(1)中的“K4*K2*Io”項與相對於接地引腳GND為負的“K1*Io”項相加，透過合理選擇所述第二比例係數K2和第四比例係數K4，便可以使“K4*K2*Io”項與表示所述平均偏移電壓Voffset的 “K1*Io”項抵消。因而，以接地引腳GND做為參考地時，所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響可以被所述基準補償信號CP1所基本抵消。
根據本發明的一個示例性實施例，流經所述電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流(例如，第一切換電流IS1或者第二切換電流IS2)為從開關單元103流向接地引腳GND的方向，因而所述平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為正。在這種情況下，所述基準補償單元105將所述第二補償信號CP2與所述第三參考信號REF3進行“減”運算以提供所述第一參考信號REF1，亦即，在以上第一參考信號REF1的運算式(1)中，“±”符號取“-”號。這樣，將式(1)中的相對於接地引腳GND為正的“K1*Io”項與“K4*K2*Io”項相減，透過合理選擇所述第二比例係數K2和第四比例係數K4，便可以使“K4*K2*Io”項與表示所述平均偏移電壓Voffset的“K1*Io”項抵消。因而，以接地引腳GND做為參考地時，所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響可以被所述基準補償信號CP1所基本抵消。
根據本發明的一個示例性實施例，繼續參考圖1，所述基準補償單元105可以包括分壓電路1051、增益緩衝器1052以及疊加電路1053。該分壓電路1051具有分壓輸入端和分壓輸出端，分壓輸入端用以接收所述第二參考信號REF2，該分壓電路1051用於以所述第三比例係數K3而對該第二參考信號REF2進行分壓，從而在分壓輸出 端提供所述第三參考信號REF3。若期望所述第一參考信號REF1具有與該第二參考信號REF2一樣的帶隙基準電壓VBG，則所述第三比例係數K3取1，這就意味著此時該分壓電路1051可以被省略。在這種情況下，第二參考信號REF2可以被當作第三參考信號REF3而直接提供至疊加電路1053。增益緩衝器1052具有緩衝器輸入端和緩衝器輸出端，緩衝器輸入端用以接收所述基準補償信號CP1，該增益緩衝器1052用以對該基準補償信號CP1施加與所述第四比例係數K4相等的增益，並在緩衝器輸出端提供所述第二補償信號CP2。疊加電路1053具有第一疊加輸入端、第二疊加輸入端和疊加輸出端，第一疊加輸入端用以接收所述第三參考信號REF3，第二疊加輸入端用以接收所述第二補償信號CP2，該疊加電路1053用以將所述第二補償信號CP2與所述第三參考信號REF3疊加以在所述疊加輸出端提供所述第一參考信號REF1。若所述平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為負，則所述疊加是指進行“加”運算。若所述平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為正，則所述疊加是指進行“減”運算。
圖2示出了根據本發明一個實施例的可以用於圖1示意的開關型電壓調整電路100中之基準補償單元105的電路架構示意圖。圖2示意的實施例中，那些功能上與圖1示意的實施例中之基準補償單元105相同或類似的元件或結構沿用了相同的附圖標記。參考圖2，基準補償單元 105可以進一步包括可控傳輸裝置1054。該可控傳輸裝置1054係耦接於增益緩衝器1052的緩衝器輸出端與疊加電路1053的第二疊加輸入端之間。該可控傳輸裝置1054用以在開關切換電流(例如，第一切換電流IS1或者第二切換電流IS2)流經所述電阻性連接元件Rpgnd的期間，將所述第二補償信號CP2傳輸至所述第二疊加輸入端。在此一實施例中，採用該傳輸裝置1054實現了僅在開關切換電流流經所述電阻性連接元件Rpgnd的期間才允許基準補償信號CP1對所述平均偏移電壓進行補償的功能，亦即，基準補償信號CP1對所述平均偏移電壓Voffset的補償進一步包含占空比D或者關斷占空比(1-D)資訊。因此，基準補償信號CP1能夠更準確地抵消所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響。例如，同時參考圖1和圖2的示意，若流經所述電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流為開關單元103關斷期間的第二切換電流IS2，則傳輸裝置1054僅在開關單元103關斷期間將所述第二補償信號CP2傳輸至疊加電路1053的第二疊加輸入端，從而使第二補償信號CP2在開關單元103的整個切換週期中被疊加至所述第三參考信號REF3的時間比例為(1-D)。因而，圖2中將傳輸至疊加電路1053的第二疊加輸入端的補償信號示意為(1-D)*CP2。
根據本發明的一個示例性實施例，傳輸裝置1054具有第一傳輸端、第二傳輸端和傳輸控制端，該第一傳輸端係耦接於增益緩衝器1052的緩衝器輸出端用以接收所述 第二補償信號CP2，該第二傳輸端係耦接於疊加電路1053的第二疊加輸入端，該傳輸控制端被電耦接以接收開關單元103的所述控制信號DR，該控制信號DR控制所述傳輸裝置1054在開關切換電流流經所述電阻性連接元件Rpgnd的期間導通，並在開關切換電流未流經所述電阻性連接元件Rpgnd的期間關斷。
仍參考圖2示意，在一個示例性實施例中，可選地，基準補償單元105還可以進一步包括濾波器1055。在圖2中，濾波器1055示意為包括電容器。該濾波器1055係耦接於疊加電路1053的第二疊加輸入端與內部參考地PGND之間，以對傳輸至該第二疊加輸入端的第二補償信號CP2進行濾波、平整，從而降低由傳輸裝置1054的開關引起的開關雜訊對疊加電路1053的影響。
根據本發明的一個示例性實施例，返回參考圖1，所述開關型電壓調整電路100可以進一步包括輸出濾波單元107，用以對輸出電壓Vo進行濾波。例如，圖1中，濾波單元107示意為耦接於開關單元103的第二端與輸出端102之間，已將開關單元103輸出的開關切換電壓VSW轉變為輸出電壓Vo。
圖3示意出了根據本發明一個實施例的開關型電壓調整電路200的電路架構示意圖。圖3示意的實施例中，那些功能上與圖1和圖2中示意的實施例中相同或類似的元件或結構沿用了相同的附圖標記。圖3示意的實施例中，開關單元103示意為包括第一開關1031(主開關)和第 二開關1032，串聯耦接於開關型電壓調整電路200的輸入端101和內部參考第PGND之間。第一開關1031和第二開關1032具有共同連接端(開關節點)SW，該開關節點SW透過輸出濾波單元107而被耦接至輸出端102。圖3實施例中示意的第一開關1031和第二開關1032的耦接方式構成降壓型拓撲，因而開關型電壓調整電路200可以稱為降壓型開關電壓調整電路。圖3中將第一開關1031和第二開關1032示意為分別包括金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFET)，然而這並不用於限定本發明。在其他實施例中，第一開關1031可以包括其他類型的可控開關元件，諸如接面型場效應電晶體(JFET)、雙極接面型電晶體(BJT)、絕緣閘極雙極型電晶體(IGBT)等。同樣地，在其他實施例中，第二開關1032可以包括其他類型的開關元件，諸如JFET、BJT、IGBT、續流二極體等。
在圖3示意的示例性實施例中，輸出濾波單元107示意為包括電感性儲能元件Lo(例如，輸出電感器Lo)和電容性儲能元件Co(例如，輸出電容器Co)，其中，電感性儲能元件Lo係耦接於開關節點SW與輸出端102之間，電容性儲能元件Co係耦接於輸出端102與接地引腳GND之間。在一個實施例中，電容性儲能元件Co可以包括負載106的等效負載電容器，在其他實施例中，電容性儲能元件Co可以包括其他類型的電容性裝置。
根據圖3示意的示例性實施例，控制信號DR可以包 括第一控制信號DR1和第二控制信號DR2，分別用來控制所述第一開關1031和第二開關1032的導通與關斷切換，使第一開關1031和第二開關1032以互補的方式進行導通和關斷切換(亦即，第一控制信號DR1控制第一開關1031導通時，第二控制信號DR2控制第二開關1032關斷，第一控制信號控制第一開關1031關斷時，第二控制信號DR2控制第二開關導通)。在此一實施例中，第一開關1031可以看作為開關型電壓調整電路200的主開關。當第一開關1031導通、第二開關1032關斷時，認為開關單元103導通，使供電電壓Vpwr被電耦接至開關節點SW，之後經過輸出濾波單元107被傳送至輸出端102，形成從輸入端101至輸出端102的第一電流路徑，從而使開關單元103的第一切換電流IS1流經第一開關1031和電感性儲能元件Lo以從輸入端101傳輸電能至輸出端102。當第一開關1031關斷、第二開關1032導通時，認為開關單元103關斷，使供電電壓Vpwr至開關節點SW的電耦接被切斷，從而切斷所述第一電流路徑。與此同時，由於第二開關1032導通，形成從輸出端102至接地引腳GND的第二電流路徑，從而使開關單元103的第二切換電流IS2自接地引腳GND，流經電阻性連接元件Rpgnd、第二開關1032和電感性儲能元件Lo至輸出端102。由此可見，圖3的示例中，流經電阻性連接元件Rpgnd的第二切換電流IS2在開關單元103導通(亦即，主開關1031導通，第二開關1032斷開)時被切斷，在開 關單元103關斷(亦即，主開關1031關斷，第二開關1032導通)時流通。因此，在此示例中，在開關型電壓調整電路200正常操作過程中，隨著控制信號DR(包括DR1和DR2)控制開關單元103進行週期性地導通和關斷切換，流經電阻性連接元件Rpgnd的第二切換電流IS2相應地進行週期性地切斷和流通切換。這就意味著，在每一個開關切換週期中，第二切換電流IS2流通(流經電阻性連接元件Rpgnd)的時間比例為關斷占空比(1-D)，第二切換電流IS2被切斷(未流經電阻性連接元件Rpgnd)的時間比例為占空比D。因此，對於圖3示意的開關型電壓調整電路200，所述第一比例係數K1可以被表示為K1=Rpgnd*(1-D)。
繼續參考圖3，根據本發明的一個示例性實施例，控制單元104可以包括：第一控制模組201、第二控制模組202和第三控制模組203。
第一控制模組201用以分別接收所述回饋信號VFB和所述第一參考信號REF1，並將該回饋信號VFB和該第一參考信號REF1進行運算，以提供表示該回饋信號VFB和該第一參考信號REF1之差值的差值信號VCOMP。在一個實施例中，第一控制模組201示例性第可以包括第一運算放大器A1，具有第一放大器輸入端、第二放大器輸入端和放大器輸出端，該第一放大器輸入端用以接收所述回饋信號VFB，該第二放大器輸入端用以接收所述第一參考信號REF1，該第一運算放大器A1用以對所述回饋信號VFB 和第一參考信號REF1進行運算處理以在其放大器輸出端提供所述差值信號VCOMP。在一個實施例中，還提供迴路補償模組205，係耦接於第一放大器A1的放大器輸出端以進行迴路穩定性補償。所述差值信號VCOMP經由迴路補償模組205對回饋信號VFB和第一參考信號REF1的差值進行補償後獲得。圖3中，迴路補償模組示例性地包括補償電容器CC和補償電阻器RC，串聯耦接於放大器輸出端和接地引腳GND之間。迴路補償模組205可以被集成並封裝於晶片108的內部，也可以不被集成而作為晶片108的外部元件由用戶所提供。
第二控制模組202用以分別接收所述差值信號VCOMP和表示所述輸出電流Io的檢測信號VSEN，並基於比較該差值信號VCOMP和該檢測信號VSEN以提供比較信號PWM。在一個實施例中，第二控制模組202示例性第可以包括比較器，具有第一比較輸入端、第二比較輸入端和比較輸出端，該第一比較輸入端用以接收所述檢測信號VSEN，該第二比較輸入端用以接收所述差值信號VCOMP，該比較器用以對所述檢測信號VSEN和差值信號VCOMP進行比較以在其比較輸出端提供所述比較信號PWM。
第三控制模組203用以分別接收時鐘信號CLOCK和所述比較信號PWM，並基於該時鐘信號CLOCK和比較信號PWM而提供控制信號DR(包括第一控制信號DR1和第二控制信號DR2)至開關單元103。該控制信號DR(例如，透過第一控制信號DR1)回應於比較信號PWM 而將第一開關1031關斷，並基於時鐘信號CLOCK而將第一開關1031導通，同時(例如，透過第二控制信號DR2)回應於比較信號PWM而將第二開關1032導通，並基於時鐘信號CLOCK而將第二開關1032關斷。在一個實施例中，第三控制模組示例性第包括邏輯運算電路，例如觸發器等。根據本發明的一個實施例，若所述檢測信號VSEN大於所述差值信號VCOMP，則控制信號DR回應於比較信號PWM而將第一開關1031關斷，亦即，比較信號PWM用以在所述檢測信號VSEN大於所述差值信號VCOMP時觸發第三控制模組203而將第一開關1031關斷。反之，若所述檢測信號VSEN小於所述差值信號VCOMP，則控制信號DR不對比較信號PWM作出回應。
根據本發明的一個實施例，所述檢測信號VSEN可以透過檢測流過所述電感性儲能元件Lo的電感器電流IL或者透過檢測流過第一開關1031的第一切換電流IS1來予以獲得。流過所述電感性儲能元件Lo的電感器電流IL事實上在開關單元103導通(亦即，主開關1031導通)期間基本上等於所述第一切換電流IS1，在開關單元103關斷(亦即，主開關1031關斷)期間基本上等於所述第二切換電流IS2。由於所述檢測信號VSEN表示輸出電流Io的大小，並且與所述差值信號VCOMP相比較以控制輸入端101至輸出端102的電能傳輸之切斷，因此可以將所述差值信號VCOMP看作為一個閾值，該閾值限定了所述檢測信號VSEN的峰值。所以，所述差值信號VCOMP事實上也表示了 輸出電流Io的大小，並且可以推導出其與輸出電流Io之間實質上具有比例關係，比例係數大致為第二比例係數K2，亦即，VCOMP K2*Io。本領域的技術人員應該理解，在此實施例中，該第二比例係數K2一般是預先確定的，取決於開關型電壓調整電路200的設計和應用指標。因此，在一個示例性的實施例中，參考圖3示意，所述基準補償信號CP1可以包括所述差值信號VCOMP。將所述差值信號VCOMP作為所述基準補償信號CP1而提供至所述基準補償單元105可以節省電路元件，簡化電路設計並降低開關型電壓調整電路的晶片尺寸及生產成本。
根據本發明的一個實施例，控制單元104可以進一步包括電流檢測單元204。該電流檢測單元204用以檢測流經所述第一開關1031的第一切換電流IS1並提供所述檢測信號VSEN。在一個示例中，該電流檢測單元204可以包括檢測電阻器、電流檢測放大器或者其他公知的電流檢測電路。在圖3中，該電流檢測單元204被示意為包括檢測電阻器RS和電流檢測放大器A2。檢測電阻器RS係與所述第一開關1031串聯耦接，該電流檢測放大器A2具有第一檢測輸入端、第二檢測輸入端和檢測輸出端，該第一檢測輸入端和第二檢測輸入端分別耦接於所述檢測電阻器RS的第一端和第二端，電流檢測放大器A2基於檢測流經檢測電阻器RS的電流而在檢測輸出端提供所述檢測信號VSEN。
對於圖3示意的開關型電壓調整電路200，由於流經 所述電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流為第二開關1032導通時的所述第二切換電流IS2，且該第二切換電流IS2的流向為從接地引腳GND流向輸出端102的方向，因此所述平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為負。返回參見式(1)，以接地引腳GND做為參考，在平均偏移電壓Voffset為負時，期望將所述基準補償信號CP1(由式(1)中的K4*K2*Io項表示)與所述第二參考信號REF2(由式(1)中的K3*VBG項表示)相加以補償該平均偏移電壓Voffset(由式(1)中的K1*Io項表示)對第一參考信號REF1的影響。因此，對於降壓型開關電壓調整電路，例如圖3示意的開關電壓調整電路200，基準補償單元105中的疊加電路1053用以將所述第二補償信號CP2與所述第三參考信號REF3進行“加”運算。
在一個示例性實施例中，仍參考圖3示意，所述差值放大信號VCOMP被耦接至所述基準補償單元105用作為所述基準補償信號CP1。所述分壓電路1051可以包括第一電阻器R1和第二電阻器R2；所述疊加電路1053可以包括該第一電阻器R1、該第二電阻器R2和第三電阻器R3。該第一電阻器R1係耦接於分壓電路1051的分壓輸入端與第一節點n1之間，該第二電阻器R2係耦接於該第一節點n1與第二節點n2之間，該第三電阻器R3係耦接於該第二節點n2與內部參考地PGND之間，所述第一參考信號REF1由所述第一節點n1所提供。
在圖3示例中，根據疊加定理，以內部參考地PGND 做為參考時，所述第一參考信號REF1係由第二參考信號REF2和第二補償信號CP2在節點n1處疊加而得，並可以表示為Vn1=Vn1(1)+Vn1(2)，其中，Vn1(1)表示僅將第二參考信號REF2施加於分壓電路1051和疊加電路1053時，節點n1處的電壓，Vn1(2)表示僅將第二補償信號CP2施加於分壓電路1051和疊加電路1053時，節點n1處的電壓。因此，第一節點n1既用作為疊加電路1053的第一疊加輸入端又用作為疊加電路1053的疊加輸出端，第二節點n2用作為疊加電路1053的第二疊加輸入端。圖4A示意出了僅施加第二參考信號REF2時，分壓電路1051和疊加電路1053的等效電路，可得信號Vn1(1)可以表示為：Vn1(1)=R2/(R1+R2)*VBG。該信號Vn1(1)事實上用作為由分壓電路1051所提供的所述第三參考信號REF3，這意味著所述第三比例係數K3由第二電阻器R2與第一電阻器R1和第二電阻器R2之和的比所確定，亦即，K3=R2/(R1+R2)。第一節點n1因而也被用作為分壓電路1051的分壓輸出端。圖4B示意出了僅施加第二補償信號CP2時，分壓電路1051和疊加電路1053的等效電路，可得信號Vn1(2)可以表示為：Vn1(2)=R2/(R1+R2)*CP2=R2/(R1+R2)*K4*K2*Io。因此，在此一示例中，以接地引腳GND做為參考，第一參考信號REF1可以用下式來予以表示：REF1=Vn1(1)+Vn1(2)-Voffset=R2/(R1+R2)*VBG+R2/(R1+R2)*K4*K2*Io-K1*Io (2)
在上式(2)中，第一比例係數K1、第二比例係數K2和第三比例係數K3=R2/(R1+R2)通常可以是確定的，根據降壓型開關電壓調整電路200的應用和設計要求而定。因此，式(2)中，可以透過合適地設定第四比例係數K4以採用R2/(R1+R2)*K4*K2*Io項抵消K1*Io項，從而將所述平均偏移電壓Voffset(式(2)中的K1*Io項)從上述第一參考信號REF1以接地引腳GND做為參考時的運算式(2)中基本抵消。這樣，經補償後的第一參考信號REF1在以接地引腳GND做為參考時不再受平均偏移電壓Voffset的影響，可以基本保持為其期望的值R2/(R1+R2)*VBG。
圖5示出了可以用作為圖3所示開關型電壓調整電路200中之基準補償單元105的又一實施例的電路架構示意圖。圖5示意的實施例中，那些功能上與圖3示意的實施例中之基準補償單元105相同或類似的元件或結構沿用了相同的附圖標記。與圖2示意的實施例相似，圖5示意的實施例中，基準補償單元105進一步包括可控傳輸裝置1054。該可控傳輸裝置1054耦接於增益緩衝器1052的緩衝器輸出端與第二節點n2(亦即，疊加電路1053的第二疊加輸入端)之間。圖5中的可控傳輸裝置1054可以與圖2中的可控傳輸裝置1054具有相同的功能和結構，因而此處不再詳細描述。不同的是，圖5中可控傳輸裝置1054的傳輸控制端可以被電耦接以接收所述第二控制信號DR2，該第二控制信號DR2控制該傳輸裝置1054進行 與所述第二開關1032同步的導通和關斷切換。這樣，該可控傳輸裝置1054僅在第二開關1032導通期間(亦即，第二切換電流流經電阻性連接元件Rpgnd期間)導通，將所述第二補償信號CP2傳輸至疊加電路1053。因而，圖5示意的實施例之基準補償單元105對因電阻性連接元件Rpgnd上產生的平均偏移電壓Voffset對開關型電壓調整電路200造成的影響進行補償時，進一步包括了關斷占空比(1-D)資訊，該關斷占空比(1-D)表示了第二切換電流IS2流經電阻性連接元件Rpgnd的期間占整個開關切換週期的比例，因此本實施例中基準補償單元105能夠提供更精確的補償。根據本發明的一個實施例，圖5之基準補償單元105還可以進一步包括濾波器1055。在圖5中，濾波器1055示意為包括電容器。該濾波器1055係耦接於可控傳輸裝置1054的第二傳輸端與內部參考地PGND之間，以對傳輸至第二疊加輸入端的第二補償信號CP2進行濾波、平整，從而降低由傳輸裝置1054的開關所引起的開關雜訊對疊加電路1053的影響。
以上結合圖3至圖5對根據本發明實施例的開關型電壓調整電路200和基準補償單元105的描述基於降壓型轉換器拓撲結構。本領域的技術人員應該理解，這些描述僅僅是示例性的，不用於對本發明進行任何限定。在其他的實施例中，開關型電壓調整電路可以包括其他電路元件並可能具有其他電路結構，例如，可以基於其他類型的拓撲結構而建構，比如除以上描述的降壓型拓撲外，還可以基 於升壓型拓撲、降壓-升壓型拓撲、反激式拓撲等。相應地，基準補償單元也可以包括其他電路元件並可能具有其他與其所屬的開關型電壓調整電路相適應的電路結構。
圖6示出了根據本發明一個實施例的開關型電壓調整電路300的電路架構示意圖。圖6示意的開關型電壓調整電路300中，那些功能上與結合圖1至圖5描述的開關型電壓調整電路100和200中相同或類似的元件或結構沿用了相同的附圖標記。與圖3示意的開關型電壓調整電路200類似，開關型電壓調整電路300中，開關單元103仍示意為包括第一開關1031(主開關)和第二開關1032。不同的是，圖6實施例中，第一開關1031的第一端經由電感性儲能元件Lo而被耦接至輸入端101，其第二端係連接至內部參考地PGND，其控制端用以接收第一控制信號DR1；第二開關1032的第一端係連接至第一開關1031的第一端而形成開關節點SW，其第二端經由輸出濾波單元107而被耦接至輸出端102，其控制端用以接收第二控制信號DR2。在此一示例性實施例中，開關型電壓調整電路300基於升壓型拓撲而建構，因而開關型電壓調整電路300可以稱為升壓型開關電壓調整電路。
在圖6的示例性實施例中，輸出濾波單元107示意為包括電容性儲能元件Co(例如，輸出電容器Co)，係耦接於輸出端102與接地引腳GND之間。
根據圖6的示例性實施例，第一控制信號DR1和第二控制信號DR2分別用來控制第一開關1031和第二開關 1032，以使第一開關1031和第二開關1032進行互補地導通和關斷切換(亦即，第一控制信號DR1控制第一開關1031導通時，第二控制信號DR2控制第二開關1032關斷，第一控制信號控制第一開關1031關斷時，第二控制信號DR2控制第二開關導通)。在此一實施例中，第一開關1031可以看作為開關型電壓調整電路300的主開關。當第一開關1031導通、第二開關1032關斷時，認為開關單元103導通，形成從輸入端101至接地引腳GND的第一電流路徑，從而使開關單元103的第一切換電流IS1自輸入端101，流經電感性儲能元件Lo、第一開關1031和電阻性連接元件Rpgnd至接地引腳GND。當第一開關1031關斷、第二開關1032導通時，認為開關單元103關斷，所述第一電流路徑被切斷。與此同時，由於第二開關1032導通，形成從輸入端101至輸出端102的第二電流路徑，從而使開關單元103的第二切換電流IS2自輸入端101，流經第二開關1032和輸出濾波單元107至輸出端102。由此可見，圖6的示例中，流經電阻性連接元件Rpgnd的第一切換電流IS1在開關單元103導通(亦即，主開關1031導通，第二開關1032斷開)時流通，在開關單元103關斷(亦即，主開關1031關斷，第二開關1032導通)時被切斷。因此，在此示例中，在開關型電壓調整電路300正常操作過程中，隨著控制信號DR(包括DR1和DR2)控制開關單元103進行週期性地導通和關斷切換，流經電阻性連接元件Rpgnd的第一切換電流 IS1相應地進行週期性地流通和切斷切換。這就意味著，在每一個開關切換週期中，第一切換電流IS1流通(流經電阻性連接元件Rpgnd)的時間比例為占空比D，第一切換電流IS1被切斷(未流經電阻性連接元件Rpgnd)的時間比例為關斷占空比(1-D)。因此，對於圖6示意的開關型電壓調整電路300，所述第一比例係數K1可以表示為K1=Rpgnd*D。
根據圖6示意的示例性實施例，開關型電壓調整電路300的控制單元104也可以包括第一控制模組201、第二控制模組202和第三控制模組203。該第一控制模組201、第二控制模組202和第三控制模組203可以與圖3中示意的相應模組具有相同的電路結構和功能，此處不再贅述。與前述針對開關型電壓調整電路200的討論類似，開關型電壓調整電路300的第一控制模組201所提供的所述差值信號VCOMP事實上表示了輸出電流Io的大小，並且可以推導出其與輸出電流Io之間實質上具有比例關係，比例係數大致為第二比例係數K2，亦即，VCOMP K2*Io。因此，在一個示例性的實施例中，參考圖6示意，將所述差值信號VCOMP作為所述基準補償信號CP1提供至所述基準補償單元105以節省電路元件，簡化電路設計。本領域的技術人員應該理解，第二比例係數K2一般是預先確定的，取決於開關型電壓調整電路300的設計和應用指標。
根據本發明的一個實施例，開關型電壓調整電路300 的控制單元104也可以進一步包括電流檢測單元204。該電流檢測單元204用以檢測流經所述第一開關1031的第一切換電流IS1並提供所述檢測信號VSEN。在一個示例中，該電流檢測單元204可以包括檢測電阻器、電流檢測放大器或者其他公知的電流檢測電路。在圖6中，該電流檢測單元204被示意為包括檢測電阻器RS和電流檢測放大器A2。檢測電阻器RS係與所述第一開關1031串聯耦接，該電流檢測放大器A2具有第一檢測輸入端、第二檢測輸入端和檢測輸出端，該第一檢測輸入端和第二檢測輸入端分別係耦接於所述檢測電阻器RS的第一端和第二端，電流檢測放大器A2基於檢測流經檢測電阻器RS的電流在檢測輸出端而提供所述檢測信號VSEN。由於圖6實施例中，該電流檢測單元204所檢測的第一切換電流IS1流經所述電阻性連接元件Rpgnd，因而作為一個變型實施例，其提供的所述檢測信號VSEN也可以用作為所述基準補償信號CP1被耦接至所述基準補償單元105。
對於圖6示意的升壓型開關電壓調整電路300，由於流經所述電阻性連接元件Rpgnd的開關切換電流為第一開關1031導通時的所述第一切換電流IS1，且該第一切換電流IS1的流向為從輸入端101流向接地引腳GND的方向，因此所述平均偏移電壓Voffset相對於接地引腳GND為正。返回參見式(1)，以接地引腳GND做為參考，在平均偏移電壓Voffset為正時，期望將所述基準補償信號PP1(由式(1)中的K4*K2*Io項表示)與所述第二參考 信號REF2(由式(1)中的K3*VBG項表示)相減以補償該平均偏移電壓Voffset(由式(1)中的K1*Io項表示)對第一參考信號REF1的影響。因此，對於升壓型開關電壓調整電路，例如圖6示意的開關電壓調整電路300，基準補償單元105中的疊加電路1053用以將所述第二補償信號CP2與所述第三參考信號REF3進行“減”運算。
作為一個示例，仍參考圖6示意，所述差值放大信號VCOMP被耦接至所述基準補償單元105用作為所述基準補償信號CP1。在此一例子中，所述分壓電路1051可以包括第一電阻器R1和第二電阻器R2，該第一電阻器R1係耦接於分壓電路1051的分壓輸入端與第一節點n1之間，該第二電阻器R2係耦接於該第一節點n1與內部參考地PGND之間。增益緩衝器1052可以包括增益放大器A3、電晶體M和第三電阻器R3。該增益放大器A3提供的增益為所述第四比例係數K4，並且具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端用以耦接基準補償信號CP1、第二輸入端係耦接至第二節點n2。該電晶體M具有第一端、第二端及控制端，其第一端係耦接至第一節點n1，第二端係耦接至第二節點n2，控制端係耦接至增益放大器A3的輸出端。該第三電阻器R3具有第一端和第二端分別耦接於所述第二節點n2和內部參考地PGND。所述疊加電路1053可以看作為包括所述第一節點n1。所述第二補償信號CP2係耦接至所述第二節點n2。所述第一參考信號REF1由所述第一節點n1所提供。
現參考圖7，假設僅第二參考信號REF2被施加於所述分壓電路1051並且所述增益緩衝器1052不存在，則節點n1出的信號Vn1(1)可以被表示為Vn1(1)=R2/(R1+R2)*VBG。該信號Vn1(1)事實上用作為由分壓電路1051提供的所述第三參考信號REF3，這意味著所述第三比例係數K3由第二電阻器R2與第一電阻器R1和第二電阻器R2之和的比所確定，亦即，K3=R2/(R1+R2)。第一節點n1因而也被用作為分壓電路1051的分壓輸出端。
返回再參考圖6，當增益緩衝器1052被添加上時，其從節點n1汲取出第三電流I3，且該第三電流I3可以表示為I3CP2/R3。在這種情況下，假設第一節點n1處的電壓相對於內部參考地PGND為Vn1。流經所述第一電阻器R1的第一電流I1可以表示為I1=(VBG-Vn1)/R1，根據節點電流定律，流經所述第二電阻器R2的第二電流I2可以由所述第一電流I1減去所述第三電流I3獲得，亦即，I2=I1-I3。所述第一節點n1處的電壓Vn1事實上又由所述第二電流I2流經所述第二電阻器R2所產生，因而可以表示為Vn1=I2*R2。由此可以推導出以內部參考地PGND做為參考時，所述第一節點n1處的電壓Vn1可以表示為：Vn1=K3*VBG-R1*R2/(R1+R2)*CP2/R3。因此，在節點n1處實現了表示第三參考信號REF3的項(K3*VBG)與表示第二補償信號CP2的項(R1*R2/(R1+R2)*CP2/R3)之間的“減”運算，因而節點n1被用作為疊加電路1053。在以接地引腳GND做為參考時，第一參 考信號REF1可以被表示為：REF1=Vn1+Voffset=R2/(R1+R2)*VBG-R1*R2/(R1+R2)*CP2/R3*K4*K2*Io+K1*Io (3)
由以上式(3)可見，透過合理設定所述第四比例係數K4和第三電阻器R3的值，可以在式(3)中採用R1*R2/(R1+R2)*CP2/R3*K4*K2*Io項將K1*Io項抵消，從而實現以接地引腳GND做為參考時採用基準補償信號CP1(亦即，K2*Io)而將所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響補償掉的目的。
圖8示出了可以用作為圖6所示開關型電壓調整電路300中之基準補償單元105的又一實施例的電路架構示意圖。圖8示意的實施例中，那些功能上與圖6示意的實施例中之基準補償單元105相同或類似的元件或結構沿用了相同的附圖標記。圖8實施例的基準補償單元105可以進一步包括可控傳輸裝置1054。該可控傳輸裝置1054係耦接於電晶體M的第一端(用作為增益緩衝器1052的緩衝器輸出端)與第一節點n1(亦即，疊加電路1053)之間。圖8中的可控傳輸裝置1054可以與圖2中的可控傳輸裝置1054具有相同的功能和結構，因而此處不再詳細描述。不同的是，圖8中可控傳輸裝置1054的傳輸控制端可以被電耦接以接收所述第一控制信號DR1，該第一控制信號DR1控制該傳輸裝置1054進行與所述第一開關1031同步的導通和關斷切換，以將占空比D資訊載入式(3)中表示第二補償信號CP2的項中。該占空比D表示 了第一切換電流IS1流經電阻性連接元件Rpgnd的期間占整個開關切換週期的比例，因此本實施例中基準補償單元105能夠為第一參考信號REF1提供更精確的補償。根據本發明的一個實施例，圖8之基準補償單元105還可以進一步包括濾波器1055。在圖8中，濾波器1055示意為包括電容器。該濾波器1055係耦接於可控傳輸裝置1054的第二傳輸端與內部參考地PGND之間，以對傳輸至第二疊加輸入端的第二補償信號CP2進行濾波、平整，從而降低由傳輸裝置1054的開關所引起的開關雜訊對疊加電路1053的影響。
圖9示出了本發明的開關型電壓調整電路300的一個變型實施例的電路架構示意圖。與圖6實施例相比，不同在於將所述檢測信號VSEN用作為所述基準補償信號CP1而提供至基準補償單元105。由於電流檢測單元204透過檢測所述第一切換電流IS1提供所述檢測信號VSEN，而該第一切換電流IS1僅在第一開關1031導通期間(亦即，該第一切換電流IS1流經電阻性連接元件Rpgnd的期間)流通，因而該檢測信號VSEN本身已承載了占空比D資訊。所以將該檢測信號VSEN用作為基準補償信號CP1不僅可以節省電路元件、簡化電路設計，還可以改善該基準補償信號CP1補償所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響的精確性。在此一實施例中，若所述檢測信號VSEN與所述輸出電流Io的關係可以被表示為VSEN=K2*Io，則該第二比例係數K2實際已攜載了所述占 空比D資訊。
在圖9示意的實施例中，基準補償單元105的電路元件、結構和操作原理與圖6實施例中的基準補償單元105基本上一致，因而不再贅述。然而，本領域的技術人員應該理解，各電路元件的具體參數可能不同，例如所述第一電阻器R1、第二電阻器R2、第三電阻器R3及第四比例係數K4的取值可能不同，以最佳化基準補償單元105實現的補償平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1之影響的補償效果。
圖10示出了可以用作為圖9所示開關型電壓調整電路300中之基準補償單元105的又一實施例的電路架構示意圖。圖10示意的實施例中，那些功能上與圖9示意的實施例中之基準補償單元105相同或類似的元件或結構沿用了相同的附圖標記。圖10實施例的基準補償單元105可以進一步包括低通濾波器1056。該低通濾波器1056係耦接於增益緩衝器1052的緩衝器輸入端(例如，增益放大器A3的第一輸入端)與電流檢測單元204的輸出端之間，用以從所述電流檢測單元204接收所述檢測信號VSEN並向增益緩衝器1052的緩衝器輸入端提供該檢測信號VSEN的平均信號，該平均信號用作為基準補償信號CP1。
以上基於圖1至圖10描述的本發明各實施例的開關型電壓調整電路100、200、300包括基準補償單元105。根據本發明各實施例的基準補償單元105用以提供第一參 考信號REF1，並可以補償所述平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1造成的影響。而該第一參考信號REF1用作為開關型電壓調整電路調節輸出電壓Vo的基準信號，因而採用基準補償單元105也實現了改善開關型電壓調整電路之負載調整率的功能。根據本發明各實施例的基準補償單元105被建構以接收與所述輸出電流Io成比例的基準補償信號CP1，並且基於該基準補償信號CP1而對所述平均偏移電壓Voffset進行抵消，以將該平均偏移電壓Voffset對第一參考信號REF1的影響在以接地引腳做為參考時補償掉。該基準補償信號CP1可以由開關型電壓調整電路100、200、300中已包括的內部電路/模組(例如，以上描述的各實施例中的第一控制單元201或電流檢測單元204等等)所提供。因此，根據本發明各實施例的開關型電壓調整電路無需專門為晶片內部的開關單元提供獨立於其他電路單元(例如，控制單元、基準單元、基準補償單元、電流檢測單元等)的接地引腳，也無需採用昂貴的倒裝晶片封裝技術，更無需額外添加更多的內部電路/模組以提供所述基準補償信號，便可以實現消除/減小上述平均偏移電壓Voffset對參第一考信號REF1及開關型電壓調整電路的負載調整率的影響。
根據本發明之各實施例及其變形實施方式的基準補償單元105及包括基準補償單元105的開關型電壓調整電路的有益效果不應該被認為僅僅局限於以上所述的。根據本發明之各實施例的這些及其它有益效果可以透過閱讀本發 明的詳細說明及研究各實施例的附圖被更好地理解。
因此，上述本發明的說明書和實施方式僅僅以示例性的方式對本發明實施例的基準補償單元以及包含該基準補償單元的開關型電壓調整電路進行了說明，並不用來限定本發明的範圍。對於所揭示的實施例進行變化和修改都是可能的，其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所瞭解。本發明所揭示的實施例的其他變化和修改並不超出本發明的精神和保護範圍。
100‧‧‧開關型電壓調整電路
101‧‧‧輸入端
102‧‧‧輸出端
103‧‧‧開關單元
104‧‧‧控制單元
105‧‧‧基準補償單元
106‧‧‧負載
107‧‧‧輸出濾波單元
108‧‧‧晶片

Claims (19)

  1. 一種開關型電壓調整電路，包括：輸入端，用以接收供電電壓；輸出端，用以提供輸出電壓及輸出電流；內部參考地，透過電阻性連接元件而被耦接至接地引腳，相對於該接地引腳具有與該輸出電流成比例的平均偏移電壓，該平均偏移電壓與輸出電流的比例係數為第一比例係數；開關單元，具有第一端，係耦接至該輸入端，第二端，係耦接至該輸出端，第三端，係耦接至該內部參考地，以及第四端，被電耦接以接收控制信號，該開關單元被配置成基於該控制信號而進行導通和關斷切換，從而將該供電電壓轉換為該輸出電壓；控制單元，被電耦接以接收表示該輸出電壓的回饋信號，並接收表示該輸出電壓之期望值的第一參考信號，該控制單元至少部分地基於該回饋信號和該第一參考信號而提供該控制信號；以及基準補償單元，被電耦接以接收相對於該內部參考地具有帶隙基準電壓的第二參考信號，並接收與該輸出電流成比例的基準補償信號，該基準補償信號與輸出電流的比例係數為第二比例係數，該基準補償單元基於採用該基準補償信號而對該第二參考信號進行補償以產生該第一參考信號，使該第一參考信號以該接地引腳做為參考時，平均偏移電壓實質上被抵消。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述的開關型電壓調整電路，其中，該基準補償單元包括：分壓電路，具有分壓輸入端和分壓輸出端，分壓輸入端用以接收該第二參考信號，該分壓電路用於以第三比例係數而對該第二參考信號進行分壓，從而在分壓輸出端提供第三參考信號，該第三參考信號與該第二參考信號的比例係數為第三比例係數；增益緩衝器，具有緩衝器輸入端和緩衝器輸出端，緩衝器輸入端用以接收該基準補償信號，該增益緩衝器用以對該基準補償信號施加與第四比例係數相等的增益，並在緩衝器輸出端提供第二補償信號，以使該第二補償信號與該基準補償信號的比例係數為第四比例係數；以及疊加電路，具有第一疊加輸入端、第二疊加輸入端和疊加輸出端，第一疊加輸入端用以接收該第三參考信號，第二疊加輸入端用以接收該第二補償信號，該疊加電路用以將該第二補償信號與該第三參考信號疊加以在該疊加輸出端提供該第一參考信號。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述的開關型電壓調整電路，其中，該開關單元的導通和關斷切換使流經該電阻性連接元件的切換電流進行流通和切斷切換，該切換電流的流通導致該平均偏移電壓，該基準補償單元進一步包括：傳輸裝置，係耦接於該緩衝器輸出端與該第二疊加輸入端之間，用以在該切換電流流通的期間將該第二補償信 號傳輸至該第二疊加輸入端。
  4. 根據申請專利範圍第3項所述的開關型電壓調整電路，其中，該基準補償單元進一步包括：濾波器，係耦接於該第二疊加輸入端與內部參考地之間，以對傳輸至該第二疊加輸入端的第二補償信號進行濾波平整。
  5. 根據申請專利範圍第2項所述的開關型電壓調整電路，其中，該開關型電壓調整電路為降壓型開關電壓調整電路，其中，該平均偏移電壓相對於接地引腳為負；該控制單元包括運算放大器，該運算放大器用以分別接收該回饋信號和該第一參考信號，並對該回饋信號和該第一參考信號進行運算處理以提供表示該回饋信號和該第一參考信號之差值的差值信號；該基準補償信號包括該差值信號；並且該疊加電路用以將該第二補償信號和該第三參考信號進行“加”運算以提供該第一參考信號。
  6. 根據申請專利範圍第5項所述的開關型電壓調整電路，其中，該分壓電路包括第一電阻器和第二電阻器；該疊加電路包括該第一電阻器、該第二電阻器和第三電阻器；其中，該第一電阻器係耦接於該分壓輸入端與第一節點之間；該第二電阻器係耦接於該第一節點與第二節點之間； 該第三電阻器係耦接於該第二節點與內部參考地之間；該第二補償信號被送至該第二節點；並且該第一參考信號係由該第一節點所提供。
  7. 根據申請專利範圍第2項所述的開關型電壓調整電路，其中，該開關型電壓調整電路為開關型升壓電壓調整電路，其中，該平均偏移電壓相對於接地引腳為正；該控制單元包括運算放大器，該運算放大器用以分別接收該回饋信號和該第一參考信號，並對該回饋信號和該第一參考信號進行運算處理以提供表示該回饋信號和該第一參考信號之差值的差值信號；該基準補償信號包括該差值信號；並且該疊加電路用以將該第二補償信號和該第三參考信號進行“減”運算以提供該第一參考信號。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述的開關型電壓調整電路，其中：該分壓電路包括第一電阻器和第二電阻器，該第一電阻器係耦接於該分壓輸入端與第一節點之間，該第二電阻器係耦接於該第一節點與內部參考地之間；該增益緩衝器包括增益放大器、電晶體和第三電阻器，該增益放大器提供的增益為該第四比例係數，並且具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端用以耦接基準補償信號、第二輸入端係耦接至第二節點；該電 晶體具有第一端、第二端及控制端，其第一端係耦接至該第一節點，第二端係耦接至該第二節點，控制端係耦接至增益放大器的輸出端；該第三電阻器具有第一端和第二端分別係耦接於該第二節點和內部參考地；該疊加電路包括該第一節點；以及該第二補償信號係耦接至該第二節點，並且該第一參考信號係由該第一節點所提供。
  9. 根據申請專利範圍第2項所述的開關型電壓調整電路，其中，該開關型電壓調整電路為開關型升壓電壓調整電路，其中，該平均偏移電壓相對於接地引腳為正；該控制單元包括電流電測單元，該電流檢測單元用以檢測流經該電阻性連接元件的切換電流，並提供與該切換電流成比例的檢測信號；該基準補償信號包括該檢測信號；並且該疊加電路用以將該第二補償信號和該第三參考信號進行“減”運算以提供該第一參考信號。
  10. 根據申請專利範圍第9項所述的開關型電壓調整電路，其中：該分壓電路包括第一電阻器和第二電阻器，該第一電阻器係耦接於該分壓輸入端與第一節點之間，該第二電阻器係耦接於該第一節點與內部參考地之間；該增益緩衝器包括增益放大器、電晶體和第三電阻器，該增益放大器提供的增益為該第四比例係數，並且具 有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端用以耦接基準補償信號、第二輸入端係耦接至第二節點；該電晶體具有第一端、第二端及控制端，其第一端係耦接至該第一節點，第二端係耦接至該第二節點，控制端係耦接至增益放大器的輸出端；該第三電阻器具有第一端和第二端分別係耦接於該第二節點和內部參考地；該疊加電路包括該第一節點；以及該第二補償信號係耦接至該第二節點，並且該第一參考信號係由該第一節點所提供。
  11. 根據申請專利範圍第9項所述的開關型電壓調整電路，其中，該基準補償單元進一步包括：低通濾波器，係耦接於該緩衝器輸入端與電流檢測單元的輸出端之間，用以從該電流檢測單元接收該檢測信號並向該緩衝器輸入端提供該檢測信號的平均信號。
  12. 一種基準補償單元，用於開關型電壓調整電路，其中，該開關型電壓調整電路具有內部參考地，該內部參考地相對於該接地引腳具有與開關型電壓調整電路的輸出電流成比例的平均偏移電壓，該平均偏移電壓與輸出電流的比例係數為第一比例係數；該基準補償單元包括：第一輸入端，被電耦接以接收相對於該內部參考地具有帶隙基準電壓的第二參考信號；第二輸入端，被電耦接以接收與該輸出電流成比例的基準補償信號，該基準補償信號與輸出電流的比例係數為第二比例係數；以及 輸出端，被電耦接以提供第一參考信號；該基準補償單元被建構以基於採用該基準補償信號而對該第二參考信號進行補償以使該第一參考信號以該接地引腳做為參考時，該平均偏移電壓實質上被抵消。
  13. 根據申請專利範圍第12項的基準補償單元，進一步包括：分壓電路，具有分壓輸入端和分壓輸出端，分壓輸入端用以接收該第二參考信號，該分壓電路用於以第三比例係數而對該第二參考信號進行分壓，從而在分壓輸出端提供第三參考信號，該第三參考信號與該第二參考信號的比例係數為第三比例係數；增益緩衝器，具有緩衝器輸入端和緩衝器輸出端，緩衝器輸入端用以接收該基準補償信號，該增益緩衝器用以對該基準補償信號施加與第四比例係數相等的增益，並在緩衝器輸出端提供第二補償信號，以使該第二補償信號與該基準補償信號的比例係數為第四比例係數；以及疊加電路，具有第一疊加輸入端、第二疊加輸入端和疊加輸出端，第一疊加輸入端用以接收該第三參考信號，第二疊加輸入端用以接收該第二補償信號，該疊加電路用以將該第二補償信號與該第三參考信號疊加以在該疊加輸出端提供該第一參考信號。
  14. 根據申請專利範圍第13項的基準補償單元，其中，該內部參考地透過電阻性連接元件而被耦接至接地引腳，開關型電壓調整電路的開關切換電流流經該電阻性連 接元件而產生該平均偏移電壓；該基準補償單元進一步包括：傳輸裝置，係耦接於該緩衝器輸出端與該第二疊加輸入端之間，用以在該切換電流流經該電阻性連接元件的期間將該第二補償信號傳輸至該第二疊加輸入端。
  15. 根據申請專利範圍第13項的基準補償單元，其中，該基準補償單元進一步包括：濾波器，係耦接於該第二疊加輸入端與內部參考地之間，以對傳輸至該第二疊加輸入端的第二補償信號進行濾波平整。
  16. 根據申請專利範圍第13項的基準補償單元，其中，該第一比例係數為負，該疊加電路用以將該第二補償信號和該第三參考信號進行“加”運算以提供該第一參考信號。
  17. 根據申請專利範圍第13項所述的基準補償單元，其中，該第一比例係數為正，該疊加電路用以將該第二補償信號和該第三參考信號進行“減”運算以提供該第一參考信號。
  18. 根據申請專利範圍第13項所述的基準補償單元，其中，該第一比例係數為負，該分壓電路包括第一電阻器和第二電阻器；該疊加電路包括該第一電阻器、該第二電阻器和第三電阻器；其中，該第一電阻器係耦接於該分壓輸入端與第一節點之間； 該第二電阻器係耦接於該第一節點與第二節點之間；該第三電阻器係耦接於該第二節點與內部參考地之間；該第二補償信號被送至該第二節點；並且該第一參考信號係由該第一節點所提供。
  19. 根據申請專利範圍第13項所述的基準補償單元，其中，該第一比例係數為正，該分壓電路包括第一電阻器和第二電阻器，該第一電阻器係耦接於該分壓輸入端與第一節點之間，該第二電阻器係耦接於該第一節點與內部參考地之間；該增益緩衝器包括增益放大器、電晶體和第三電阻器，該增益放大器提供的增益為該第四比例係數，並且具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其第一輸入端用以耦接基準補償信號、第二輸入端係耦接至第二節點；該電晶體具有第一端、第二端及控制端，其第一端係耦接至該第一節點，第二端係耦接至該第二節點，控制端係耦接至增益放大器的輸出端；該第三電阻器具有第一端和第二端分別係耦接於該第二節點和內部參考地；該疊加電路包括該第一節點；以及該第二補償信號係耦接至該第二節點，並且該第一參考信號係由該第一節點所提供。
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