TWI631804B - 固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路，其根據一時脈訊號、一輸入電壓與一輸出電壓來對應產生一同步訊號。而此同步訊號將會同步於時脈訊號的一週期長度，以藉此產生切換式轉換裝置的一占空比。而業者可據此避免同步訊號與其他主要的時脈訊號相互干擾，以防止電磁干擾(EMI)產生。

Description

固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路
本發明提供一種切換式轉換裝置與時脈同步電路，特別是關於一種固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路，其可以同步一時脈訊號的一週期長度，並據此產生一占空比(duty cycle)。
對於系統中的電源管理，一般常會使用固定導通時間的切換式轉換裝置來提供不同準位的操作電壓。固定導通時間的切換式轉換裝置具有頻率調變(frequency width modulation,PFM)控制器與輸出級電路。PFM控制器中具有一個內部脈波產生器，且內部脈波產生器產生固定導通時間(constant on-time,COT)，以控制輸出級電路產生一個穩定的輸出電壓和大範圍的輸出電流，進而有效率地進行電壓轉換。
請參考圖1，其為習知固定導通時間的切換式轉換裝置的示意圖。切換式轉換裝置900為用來將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，以據此驅動一負載(以電容Cp來表示)。切換式轉換裝置900包括一輸出級電路920與一PFM控制器910。輸出級電路920連接PFM控制器910。輸出級電路920包括一閘極驅動電路922、一電感L、一開關電路924與回授電路926。
開關電路924包含一上橋開關Sup與一下橋開關Sdn。導通的上橋開關Sup可提供電感L一充電路徑，而導通的下橋開關Sdn 可提供電感L一放電路徑。回授電路926為用來偵測輸出電壓Vout的變化。更進一步來說，回授電路926透過二串聯電阻R1與R2將輸出電壓Vout分壓以產生相對應的回授電壓Vfb至PFM控制器910。
PFM控制器910包括一內部脈波產生器912與一判斷電路914。判斷電路914連接內部脈波產生器912。判斷電路914將根據回授電壓Vfb產生一開關訊號SW至內部脈波產生器912。而內部脈波產生器912將根據開關訊號SW與內部脈波產生器912所產生的內部時脈訊號(未繪於圖式中)來輸出固定導通時間(constant on-time)Ton至輸出級電路920的閘極驅動電路922。而閘極驅動電路922將根據固定導通時間Ton控制上橋開關Sup與下橋開關Sdn，以對電感L進行充電或放電，進而產生所需的負載電流以及穩定的輸出電壓Vout。
然而，在習知切換式轉換裝置900的架構中，內部時脈訊號會隨著切換式轉換裝置900的占空比(duty cycle)和暫態條件而變動，使得切換頻率無法成為一固定頻率。此不固定的切換頻率會產生電磁干擾(EMI)而影響其他主要的時脈訊號。
本發明之目的在於提供一種固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路，用以同步切換頻率與一固定週期的時脈訊號，以藉此產生一占空比。而業者可據此避免切換頻率與其他主要的時脈訊號相互干擾，以防止電磁干擾(EMI)產生。
本發明實施例提供一種固定導通時間之切換式轉換裝置。切換式轉換裝置包括一輸出級電路、一判斷電路、一時脈同步電路與一脈波產生器。輸出級電路根據一固定導通時間將一輸入電壓轉換成一輸出電壓，並根據輸出電壓產生一回授電壓。判斷電路連接輸出級電路，且根據回授電壓產生一開關訊號。時脈同步電 路連接該判斷電路，且接收一固定時脈訊號、開關訊號、輸入電壓與輸出電壓。時脈同步電路包括一第一偵測器、一第二偵測器與一訊號同步產生器。第一偵測器產生關聯輸出電壓與固定時脈訊號的一週期長度的一第一電壓，且根據第一電壓產生一參考電壓。第二偵測器產生關聯輸入電壓的一第二電壓。訊號同步產生器連接第一偵測器與第二偵測器，且比較參考電壓與第二電壓，以產生同步訊號。同步訊號同步固定時脈訊號的週期長度。脈波產生器連接於時脈同步電路與輸出級電路之間，且根據同步訊號產生固定導通時間。當固定時脈訊號為一正緣觸發時，參考電壓為一高電位，第一電壓由高電位轉為一低電位並由低電位上升，且第二電壓為低電位。於固定時脈訊號為正緣觸發後，當開關訊號為正緣觸發時，同步訊號由一低電位轉為一高電位，參考電壓為高電位，第一電壓上升，且第二電壓由低電位上升。當第二電壓上升至大於參考電壓時，同步訊號由高電位轉為低電位，且第二電壓由高電位轉為低電位，直到開關訊號發生下一次的正緣觸發。
本發明實施例提供一種時脈同步電路，適用於一切換式轉換裝置。切換式轉換裝置根據一固定導通時間將一輸入電壓轉換成一輸出電壓。固定導通時間根據一同步訊號而產生。同步訊號關聯於輸出電壓的一回授電壓所產生的一開關訊號、輸入電壓、輸出電壓與一固定時脈訊號。時脈同步電路包括一第一偵測器、一第二偵測器與一訊號同步產生器。第一偵測器產生關聯輸出電壓與固定時脈訊號的一週期長度的一第一電壓，且根據第一電壓產生一參考電壓。第二偵測器產生關聯輸入電壓的一第二電壓。訊號同步產生器連接第一偵測器與第二偵測器，且比較參考電壓與第二電壓，以產生同步訊號。同步訊號同步時脈訊號的一週期長度。當固定時脈訊號為一正緣觸發時，參考電壓為一高電位，第一電壓由高電位轉為一低電位並由低電位上升，且第二電壓為低 電位。於固定時脈訊號為正緣觸發後，當開關訊號為正緣觸發時，同步訊號由一低電位轉為一高電位，參考電壓為該高電位，第一電壓上升，且第二電壓由低電位上升。當第二電壓上升至大於參考電壓時，同步訊號由高電位轉為低電位，且第二電壓由高電位轉為低電位，直到開關訊號發生下一次的正緣觸發。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
100‧‧‧切換式轉換裝置
110‧‧‧輸出級電路
120‧‧‧判斷電路
130‧‧‧時脈同步電路
132‧‧‧第一偵測器
134‧‧‧第二偵測器
136‧‧‧訊號同步產生器
140‧‧‧脈波產生器
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
Vfb‧‧‧回授電壓
Ton‧‧‧固定導通時間
CLKs‧‧‧固定時脈訊號
CLKd‧‧‧同步訊號
900‧‧‧切換式轉換裝置
910‧‧‧PWM控制器
912‧‧‧內部時脈產生器
914‧‧‧判斷電路
920‧‧‧輸出級電路
922‧‧‧閘極驅動電路
924‧‧‧開關電路
926‧‧‧回授電路
SW‧‧‧開關訊號
Sup‧‧‧上橋開關
Sdn‧‧‧下橋開關
L‧‧‧電感
R1‧‧‧電阻
R2‧‧‧電阻
Cp‧‧‧電容
I1‧‧‧第一電流源
I2‧‧‧第二電流源
A1‧‧‧權重值
Sw1‧‧‧第一開關
S1‧‧‧第一訊號
S2‧‧‧第二訊號
Vr1‧‧‧第一電壓
Vr2‧‧‧第二電壓
P1‧‧‧第一端點
Cr1‧‧‧第一電容
Swr‧‧‧參考開關
Sr‧‧‧參考訊號
Pr‧‧‧參考端點
Vsp‧‧‧參考電壓
Csp‧‧‧參考電容
136A‧‧‧比較電路
136B‧‧‧導通時間產生器
Rst‧‧‧重置訊號
S‧‧‧設定端
R‧‧‧重設端
Q‧‧‧輸出端
Q’‧‧‧反向輸出端
T1‧‧‧第一預定時間
T2‧‧‧第二預定時間
T3‧‧‧第三預定時間
A、B、B’、C、D、E‧‧‧時間點
Ts‧‧‧週期長度
SW‧‧‧開關電路
A2‧‧‧權重值
P2‧‧‧第二端點
Cr2‧‧‧第二電容
Sw2‧‧‧第二開關
圖1是習知固定導通時間的切換式轉換裝置的示意圖。
圖2是本發明一實施例之固定導通時間的切換式轉換裝置的示意圖。
圖3是本發明一實施例之時脈同步電路的示意圖。
圖4A是本發明一實施例之切換式轉換裝置的訊號波形圖。
圖4B是本發明另一實施例之切換式轉換裝置的訊號波形圖。
在下文中，將藉由圖式說明本發明之各種例示實施例來詳細描述本發明。然而，本發明概念可能以許多不同形式來體現，且不應解釋為限於本文中所闡述之例示性實施例。此外，在圖式中相同參考數字可用以表示類似的元件。
本發明實施例提供一種固定導通時間切換式轉換裝置與時脈同步電路，其根據開關訊號(關聯於一回授訊號)、固定時脈訊號(具有固定週期)、輸入電壓與輸出電壓來產生一同步訊號，以藉此將同步訊號同步具有固定週期的固定時脈訊號，並據此產生一占空比。而業者可以避免同步訊號與其他主要的時脈訊號相互干擾， 以防止電磁干擾(EMI)產生。以下將進一步介紹本發明揭露之固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路。
首先，請參考圖2，其顯示本發明一實施例之固定導通時間的切換式轉換裝置的示意圖。如圖2所示，固定導通時間的切換式轉換裝置100為用來將一輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，以據此驅動一負載。切換式轉換裝置100包括一輸出級電路110、一判斷電路120、一時脈同步電路130與一脈波產生器140。輸出級電路110係根據一固定導通時間Ton將一輸入電壓Vin轉換成一輸出電壓Vout，並根據輸出電壓Vout產生一回授電壓Vfb至判斷電路120。
而判斷電路120係連接於輸出級電路110與時脈同步電路130，且根據回授電壓Vfb產生開關訊號SW至時脈同步電路130。時脈同步電路130接收一固定時脈訊號CLKs、開關訊號SW、輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，以據此產生一同步訊號CLKd。脈波產生器140係連接於輸出級電路110與時脈同步電路130，且根據同步訊號CLKd產生固定導通時間Ton至輸出級電路110。
而有關輸出級電路110根據固定導通時間Ton將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓Vout，其大致上已於圖1中的習知切換式轉換裝置900作說明，故在此不再贅述。不同的地方在於，使用者另外加裝時脈同步電路130，以藉此將同步訊號CLKd同步固定時脈訊號CLKs的週期長度與根據同步訊號CLKd產生固定導通時間Ton，進而取得同步訊號CLKd的週期長度與切換式轉換裝置100的占空比。
再請同時參考圖2、圖3與圖4A，圖3顯示本發明一實施例之時脈同步電路的示意圖。圖4A顯示本發明一實施例之切換式轉換裝置的訊號波形圖。時脈同步電路130連接判斷電路120與脈波產生器140，且接收固定時脈訊號CLKs、開關訊號SW、輸入電壓Vin與輸出電壓Vout以據此產生一同步訊號CLKd。在本實 施例中，固定時脈訊號CLKs可由外部電子元件(例如石英振盪器)或由內部的時脈產生器產生，本發明對此不作限制。
如圖3所示，時脈同步電路130包括一第一偵測器132、一第二偵測器134與一訊號同步產生器136。第一偵測器132用以產生關聯輸出電壓Vout與固定時脈訊號CLKs的週期長度的一第一電壓Vr1，且根據第一電壓Vr1產生一參考電壓Vsp。第二偵測器134產生關聯輸入電壓Vin的一第二電壓Vr2。
而訊號同步產生器136連接第一偵測器132與第二偵測器134。訊號同步產生器136係比較參考電壓Vsp與第二電壓Vr2，以據此產生一同步訊號CLKd。以下將搭配圖4A來說明時脈同步電路130如何產生同步訊號CLKd，且同步訊號CLKd同步於固定時脈訊號CLKs的週期長度與切換式轉換裝置100的占空比。
如圖4A所示，當第一偵測器132接收到代表正緣觸發的固定時脈訊號CLKs時，參考電壓Vsp為一高電位。第一電壓Vr1由高電位轉為低電位且由低電位上升。而第二電壓Vr2為低電位。更進一步來說，當固定時脈訊號CLKs為正緣觸發時，第一偵測器132控制第一電壓Vr1同步參考電壓Vsp一第一預定時間T1(即時間點A至時間點B的時間區間)。而在第一預定時間T1後，第一偵測器132控制第一電壓Vr1由高電位轉為低電位一第二預定時間T2(即時間點B至時間點B’的時間區間)後上升。而於固定時脈訊號CLKs為正緣觸發之後且開關訊號SW為正緣觸發之前(即時間點B’至時間點C的時間區間)，第一偵測器132控制第二電壓Vr2為低電位。
於固定時脈訊號CLKs為正緣觸發後，當開關訊號SW為正緣觸發時(即時間點C)，訊號同步產生器136控制同步訊號CLKd由低電位轉為高電位，第一偵測器132控制參考電壓Vsp為高電位，且第一電壓Vr1上升。第二偵測器134控制第二電壓Vr2由低電位上升。在第三預定時間T3的過程中，訊號同步產生器136根據 開關訊號SW控制第二電壓Vr2不斷上升。而當第二電壓Vr2上升至大於參考電壓Vsp時(即時間點D)，訊號同步產生器136將控制同步訊號CLKd由高電位轉為低電位，且第二偵測器134控制第二電壓Vr2由高電位轉為低電位，直到下一次訊號同步產生器136接收到開關訊號SW發生正緣觸發(在本實施例為時間點E)。在本實施例中，固定時脈訊號CLKs的週期長度Ts遠大於第一預定時間T1與第二預定時間T2(即第一預定時間T1與第二預定時間T2係為極短的時間)，以更符合理想的同步狀況。
由上述可知，訊號同步產生器130將會根據固定時脈訊號CLKs、開關訊號SW、第一電壓Vr1(關聯於輸出電壓Vout)、第二電壓Vr2(關聯於輸入電壓Vin)與參考電壓Vsp(關聯於輸出電壓Vout)之間的關係產生同步訊號CLKd，且同步訊號CLKd同步於固定時脈訊號CLKs的週期長度Ts與根據同步訊號CLKd產生固定導通時間Ton，進而取得同步訊號CLKd的週期長度與切換式轉換裝置100的占空比。
在接下來的實施例將分別說明第一偵測器132、第二偵測器134與訊號同步產生器136的細部元件。如圖3所示，第一偵測器132包括一第一電流源I1、一第一電容Cr1、一第一開關Sw1、一參考開關Swr與一參考電容Csp。第一電流源I1關聯於輸出電壓Vout。在本實施例中，第一電流源I1=(A1*輸出電壓Vout)，其中A1為一權重值。第一電容Cr1之一端連接第一電流源I1，且另一端接地。第一開關Sw1之一端連接於第一電流源I1與第一電容Cr1之間的一第一端點P1，且另一端接地。參考開關Swr連接於端點P1與訊號同步產生器136之間。參考電容Csp之一端連接於參考開關Swr與訊號同步產生器136之間的一參考端點Pr，且另一端接地。
更進一步來說，第一開關Sw1受控於一第一訊號S1，參考開關Swr受控於一參考訊號Sr。舉例來說，當第一訊號S1為高電位 時，第一開關Sw1導通；反之，當第一訊號S1為低電位時，第一開關Sw1截止。而參考訊號Sr以同樣邏輯方式控制參考開關Swr，故在此不再贅述。在本實施例中，第一訊號S1與參考訊號Sr受控於時脈同步電路130中的一開關控制電路(未繪於圖式中)，開關控制電路接收固定時脈訊號CLKs，且根據固定時脈訊號CLKs產生第一訊號S1與參考訊號Sr，以分別控制第一開關Sw1與參考開關Swr的導通與截止。而第一訊號S1與參考訊號Sr亦可受控於其他控制器，本發明對此不作限制。
第二偵測器134包括一第二電流源I2、一第二電容Cr2與一第二開關Sw2。第二電流源I2係關聯於輸入電壓Vin。在本實施例中，第二電流源I2=(A2*輸入電壓Vin)，其中A2為一權重值。第二電容Cr2之一端連接於第二電流源I2與訊號同步產生器136之間的一第二端點P2，且另一端接地。而第二開關Sw2之一端連接於第二端點P2，且另一端接地。
訊號同步產生器136包括一比較電路136A與一導通時間產生器136B。比較電路136A具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端。正輸入端接收第二電壓Vr2。負輸入端接收參考電壓Vsp。比較電路136A比較第二電壓Vr2與參考電壓Vsp，以據此產生一重置訊號Rst至導通時間產生器136B。導通時間產生器136B連接比較電路136A，且接收開關訊號SW與重置訊號Rst。
在本實施例中，導通時間產生器136B為SR正反器(SR-latch)。於SR正反器中，其具有設定端S、重設端R、輸出端Q與反向輸出端Q’。設定端S接收開關訊號SW。重設端R接收重置訊號Rst。輸出端Q輸出同步訊號CLKd。反向輸出端Q’輸出第二訊號S2(即反向的同步訊號CLKd)。而第二訊號S2將控制第二開關Sw2的開啟與關閉。當然，第二開關Sw2亦可以其他方式作控制，例如第二開關Sw2受控於時脈同步電路130中的開關控制電路(未繪於圖式中)。開關控制電路根據重置訊號Rst的結果來 控制第二開關Sw2的開啟與關閉，本發明對此不作限制。
請參考圖4B，其是在目前實施例所述的第一偵測器132、第二偵測器134與訊號同步產生器136的架構下而產生的訊號波形圖。如圖4B所示，當固定時脈訊號CLKs為正緣觸發(如時間點A)時，第一訊號S1為低電壓，參考訊號Sr同步高電位於第一預定時間T1(如時間點A至時間點B的時間區間)。此時，假設開關訊號SW未發生正緣觸發，第二訊號S2維持高準位。故於第一預定時間T1中，第一開關Sw1將根據低電位的第一訊號S1截止，參考開關Swr將根據高電位的參考訊號Sr導通，且第二開關將根據高電位的第二訊號S2導通。因此，第一電流源I1將對第一電容Cr1與參考電容Csp充電，且第二電容Cr2放電至地，使得第一電壓Vr1與參考電壓Vsp同步，以產生高電位的第一電壓Vr1、高電位的參考電壓Vsp與低電位的第二電壓Vr2。
在第一預定時間T1後(即時間點B後)，第一訊號S1由低電位轉為高電位，且持續高電位一第二預定時間T2(如時間點B至時間點B’的時間區間)，且參考訊號Sr為低電位。此時，假設開關訊號SW沒有發生正緣觸發，第二訊號S2維持高準位。故於第二預定時間T2中，第一開關Sw1將根據高電位的第一訊號S1導通，參考開關Swr將根據低電位的參考訊號Sr截止，且第二開關將根據高電位的第二訊號S2導通。因此，第一電容Cr1與第二電容Cr2放電至地，使得第一電壓Vr1與第二電壓Vr2為低電位且參考電壓Vsp維持高電位。
於第二預定時間T2之後，第一訊號S1為低電位且參考訊號Sr為低電位，使得第一開關Sw1截止，且參考開關Swr截止。更進一步來說，在第二預定時間T2後與開關訊號SW正緣觸發之前，第一訊號S1由高電位轉為低電位，參考訊號Sr維持低電位，且第二訊號S2維持高電位。因此，第一開關Sw1將根據低電位的第一訊號S1截止，參考開關Swr將根據低電位的參考訊號Sr截 止，且第二開關Sw2將根據高電位的第二訊號S2導通。此時，第一電流源I1將再次對第一電容Cr1充電，使得第一電壓Vr1由低電位逐漸上升。參考電壓Sr將維持高電位，且第二電壓Vr2維持低電壓。
當開關訊號SW正緣觸發(如時間點C)時，導通時間產生器136B將進行設定，以將同步訊號CLKd由低電位轉為高電位。而第二開關SW2將根據反向的同步訊號CLKd(即低電位的第二訊號S2)截止。此時，第二電流源I2將對第二電容Cr2充電，使得第二電壓Vr2由低電位上升。
隨著時間的增加，第二電壓Vr2將不斷上升(如第三預定時間T3)。當第二電壓Vr2上升至大於參考電壓Vsp(如時間點D)時，比較電路136A將產生高電位的重置訊號Rst至導通時間產生器136B，以產生由高電位轉為低電位的同步訊號CLKd，即產生固定導通時間Ton。此時，第一開關Sw1將根據低電位的第一訊號S1持續截止。參考開關Swr將根據低電位的參考訊號Sr持續截止。第二開關SW2將根據高電位的第二訊號S2(即反向的同步訊號CLKd)導通。因此，第一電流源I1將對第一電容Cr1充電，使得第一電壓Vr1持續上升。參考電壓Vsp為高電位。而第二電容Cr2放電至地，使得第二電壓Vr2為低電位。
直到下一次開關訊號SW為正緣觸發(如時間點E)時，第一偵測器132、第二偵測器134與訊號同步產生器136才會再次執行產生固定導通時間Ton的動作。
由上述可知，訊號同步產生器130將會根據固定時脈訊號CLKs、開關訊號SW、第一電壓Vr1(關聯於輸出電壓Vout)、第二電壓Vr2(關聯於輸入電壓Vin)與參考電壓Vsp(關聯於輸出電壓Vout)之間的關係產生同步訊號CLKd，以同步於固定時脈訊號CLKs的週期長度Ts，並據此產生切換式轉換裝置100的占空比。而本發明並不限制上述第一偵測器132、第二偵測器134與訊號同 步產生器136的細部元件，亦可以由其他組合元件來實施。
綜上所述，本發明實施例所提供的一種固定導通時間之切換式轉換裝置與時脈同步電路，其根據固定時脈訊號、開關訊號、輸入電壓與輸出電壓來產生一同步訊號。而此同步訊號將會同步於固定時脈訊號的一週期長度，以藉此產生切換式轉換裝置的占空比。而業者可據此避免切換頻率與其他主要的時脈訊號相互干擾，以防止電磁干擾(EMI)產生。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。

Claims (10)

  1. 一種固定導通時間之切換式轉換裝置，包括：一輸出級電路，根據一固定導通時間將一輸入電壓轉換成一輸出電壓，並根據該輸出電壓產生一回授電壓；一判斷電路，連接該輸出級電路，且根據該回授電壓產生一開關訊號；一時脈同步電路，連接該判斷電路，接收一固定時脈訊號、該開關訊號、該輸入電壓與該輸出電壓，且該時脈同步電路包括：一第一偵測器，產生關聯該輸出電壓與該固定時脈訊號的一週期長度的一第一電壓，且根據該第一電壓產生一參考電壓；一第二偵測器，產生關聯該輸入電壓的一第二電壓；以及一訊號同步產生器，連接該第一偵測器與該第二偵測器，比較該參考電壓與該第二電壓，以產生一同步訊號，其中該同步訊號同步該固定時脈訊號的該週期長度；以及一脈波產生器，連接於該時脈同步電路與該輸出級電路之間，且根據該同步訊號產生該固定導通時間；其中，當該固定時脈訊號為一正緣觸發時，該參考電壓為一高電位，該第一電壓由該高電位轉為一低電位並由該低電位上升，且該第二電壓為該低電位；其中，於該固定時脈訊號為該正緣觸發後，當該開關訊號為該正緣觸發時，該同步訊號由一低電位轉為一高電位，該參考電壓為該高電位，該第一電壓上升，且該第二電壓由該低電位上升，且當該第二電壓上升至大於該參考電壓時，該同步訊號由該高電位轉為該低電位，且該第二電壓由該高電位轉為該低電位，直到該開關訊號發生下一次的該正緣觸發。
  2. 如請求項1之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，當該固 定時脈訊號為該正緣觸發時，該第一電壓同步該參考電壓一第一預定時間後，該第一電壓由該高電位轉為該低電位一第二預定時間後上升。
  3. 如請求項1之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該開關訊號為該正緣觸發前，該第二電壓為該低電位。
  4. 如請求項1之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該固定時脈訊號的該週期長度遠大於該第一預定時間與該第二預定時間。
  5. 如請求項1之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該訊號同步產生器，包括：一比較電路，具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，該正輸入端接收該第二電壓，該負輸入端接收該參考電壓，且比較該第二電壓與該參考電壓以據此產生一重置訊號；以及一導通時間產生器，連接該比較電路，且接收該開關訊號與該重置訊號；其中，當該開關訊號為該正緣觸發時，該導通時間產生器產生由該低電位轉為該高電位的該同步訊號，且當該第二電壓大於該參考電壓時，該導通時間產生器產生由該高電位轉為該低電位的該同步訊號。
  6. 如請求項1之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該第一偵測器包括：一第一電流源，關聯於該輸出電壓；一第一電容，其一端連接該第一電流源，且另一端接地；一第一開關，其一端連接於該第一電流源與該第一電容之間的 一第一端點，且另一端接地；一參考開關，連接於該端點與該訊號同步產生器之間；一參考電容，其一端連接於該參考開關與該訊號同步產生器之間的一參考端點，且另一端接地；其中，當該固定時脈訊號為一正緣觸發時，第一開關截止該第一預定時間，且該參考開關導通該第一預定時間；其中，於該第一預定時間後，該第一開關導通該第二預定時間，且該參考開關截止該第二預定時間，且於該第二預定時間後，該第一開關截止，且該參考開關截止。
  7. 如請求項6之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該時脈同步電路更包括一開關控制器，該開關控制器接收該時脈訊號，且根據該時脈訊號控制該第一開關與該參考開關的導通與截止。
  8. 如請求項1或6之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該第二偵測器包括：一第二電流源，關聯於該輸入電壓；一第二電容，其一端連接於該第二電流源與該訊號同步產生器之間的一第二端點，且另一端接地；以及一第二開關，其一端連接於該第二端點，且另一端接地；其中，當該訊號同步產生器接收到代表該正緣觸發的該開關訊號時，該第二開關截止；其中，當該第二電壓大於該參考電壓時，該第二開關導通。
  9. 如請求項8之固定導通時間之切換式轉換裝置，其中，該第二開關的導通與截止受控於反向的該同步訊號。
  10. 一種時脈同步電路，適用於一切換式轉換裝置，該切換式轉 換裝置根據一固定導通時間將一輸入電壓轉換成一輸出電壓，該固定導通時間根據一同步訊號而產生，該同步訊號關聯於該輸出電壓的一回授電壓所產生的一開關訊號、該輸入電壓、該輸出電壓與一固定時脈訊號，且該時脈同步電路包括：一第一偵測器，產生關聯該輸出電壓與該固定時脈訊號的一週期長度的一第一電壓，且根據該第一電壓產生一參考電壓；一第二偵測器，產生關聯該輸入電壓的一第二電壓；以及一訊號同步產生器，連接該第一偵測器與該第二偵測器，比較該參考電壓與該第二電壓，以產生該同步訊號，其中該同步訊號同步該時脈訊號的一週期長度；其中，當該固定時脈訊號為一正緣觸發時，該參考電壓為一高電位，該第一電壓由該高電位轉為一低電位並由該低電位上升，且該第二電壓為該低電位；其中，於該固定時脈訊號為該正緣觸發後，當該開關訊號為該正緣觸發時，該同步訊號由一低電位轉為一高電位，該參考電壓為該高電位，該第一電壓上升，且該第二電壓由該低電位上升，且當該第二電壓上升至大於該參考電壓時，該同步訊號由該高電位轉為該低電位，且該第二電壓由該高電位轉為該低電位，直到該開關訊號發生下一次的該正緣觸發。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110677020B (zh) * 2019-08-23 2020-11-10 西安电子科技大学 一种非理想效应抑制的自适应恒定导通时间控制器
KR20220121634A (ko) 2021-02-25 2022-09-01 삼성전자주식회사 고해상도로 부하 전류를 측정하기 위한 장치 및 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TW201010254A (en) * 2008-08-05 2010-03-01 Intersil Inc Active pulse positioning modulator
TW201041290A (en) * 2009-05-12 2010-11-16 Grenergy Opto Inc PWM controller with frequency jitter functionality and related method
TW201301725A (zh) * 2011-05-01 2013-01-01 Intersil Americas LLC 用於切換式電源供應器之先進時脈同步電路
US8587269B2 (en) * 2006-10-27 2013-11-19 International Rectifier Corporation Cycle by cycle synchronous buck converter control based on external clock

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5303910B2 (ja) * 2007-11-20 2013-10-02 株式会社リコー スイッチングレギュレータ
US7714547B2 (en) * 2008-08-08 2010-05-11 Semtech Corporation Method and apparatus for constant on-time switch mode converters
TW201423304A (zh) * 2012-12-14 2014-06-16 Anpec Electronics Corp 切換式穩壓器
EP2750276A1 (en) * 2012-12-28 2014-07-02 Dialog Semiconductor GmbH Phase lock loop controlled current mode buck converter
TWI496399B (zh) * 2013-12-06 2015-08-11 Anpec Electronics Corp 定時啟動模式的控制模組及其電壓轉換裝置
US10110122B2 (en) * 2014-04-01 2018-10-23 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Transient performance improvement for constant on-time power converters
US10013007B2 (en) * 2014-04-01 2018-07-03 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Hybrid interleaving structure with adaptive phase locked loop for variable frequency controlled switching converter
US9577527B2 (en) * 2015-03-20 2017-02-21 Active-Semi, Inc. Current metering for transitioning between operating modes in switching regulators

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8587269B2 (en) * 2006-10-27 2013-11-19 International Rectifier Corporation Cycle by cycle synchronous buck converter control based on external clock
TW201010254A (en) * 2008-08-05 2010-03-01 Intersil Inc Active pulse positioning modulator
TW201041290A (en) * 2009-05-12 2010-11-16 Grenergy Opto Inc PWM controller with frequency jitter functionality and related method
TW201301725A (zh) * 2011-05-01 2013-01-01 Intersil Americas LLC 用於切換式電源供應器之先進時脈同步電路

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