TWI805212B - 具電感感值與輸入輸出電壓調變鋸齒波之固定導通時間電源轉換器 - Google Patents

Abstract

一種電源轉換器，包含功率級電路、鋸齒波產生器、高通濾波器、放大器、比較器、及驅動電路。功率級電路用以接收輸入電壓而產生輸出電壓。功率級電路包含第一電晶體，第二電晶體與電感，第一電晶體，第二電晶體與電感耦接於開關節點。鋸齒波產生器依據開關節點之電壓產生鋸齒波電流。高通濾波器依據輸出電壓產生暫態擾動電流。放大器放大輸出電壓以產生回饋電壓，以於比較節點依據鋸齒波電流、暫態擾動電流及回饋電壓產生比較電壓。比較器比較參考訊號與比較電壓以產生比較訊號。驅動電路依據比較訊號控制第一電晶體及第二電晶體。

Description

具電感感值與輸入輸出電壓調變鋸齒波之固定導通時間電源 轉換器

本發明係有關功率轉換，特別係一種具有可調整鋸齒波產生器的恆定導通時間(constant on-time，COT)轉換器。

隨著可攜式產品的需求逐漸增加，小體積高效能的電壓穩壓器變得越來越重要。由於電路結構簡單、低成本及高效率等優點，恆定導通時間(constant on-time，COT)轉換器常用於可攜式產品。

一般來說，COT轉換器會藉由使用斜坡訊號的技巧來對輸出電壓進行穩壓，因此斜坡訊號對於輸出電壓的穩定性至關重要。斜坡訊號的波形及斜率都會對輸出電壓產生影響，因此需要考慮COT轉換器的應用及特性來產生斜坡訊號，藉以對輸出電壓進行穩壓同時提高COT轉換器的穩定性。

本發明實施例提供一種電源轉換器，包含功率級電路、鋸齒波產生器、高通濾波器、放大器、比較器、及驅動電路。功率級電路用以自輸入節點接收輸入電壓，而於輸出節點產生輸出電壓。功率級電路包含第一電晶體，第二電晶體與電感，第一電晶體，第二電晶體與電感共同耦接於開關節點。鋸齒 波產生器包含第一低通濾波器、第二低通濾波器、及跨導放大器。第一低通濾波器耦接於開關節點，用以依據開關節點之電壓產生初始斜坡電壓。第二低通濾波器耦接於開關節點，用以依據開關節點之電壓產生直流偏壓。跨導放大器耦接於第一低通濾波器、第二低通濾波器及比較節點，用以依據初始斜坡電壓及直流偏壓之差值產生鋸齒波電流。高通濾波器耦接於輸出節點及比較節點，用以依據輸出電壓之暫態擾動以產生暫態擾動電流。放大器耦接於輸出節點及比較節點，用以放大輸出電壓以產生回饋電壓，以於比較節點依據鋸齒波電流、暫態擾動電流及回饋電壓產生比較電壓。比較器耦接於比較節點，用以對參考訊號及比較電壓進行比較以產生比較訊號。驅動電路耦接於比較器、第一電晶體的控制端及第二電晶體的控制端，用以依據比較訊號而於恆定導通時段中導通第電一電晶體及截止第二電晶體。驅動電路依據比較訊號而調變導通時段長度。

1,2,3,7:恆定導通時間轉換器

10:鋸齒波產生器

100:一階積分器

102:高階積分器

104,50:跨導放大器

12:微分器

14:放大器

15:阻抗

16:比較器

18:COT驅動電路

20,30,70:調整電路

22:計時器

200:參考值產生器

300:電流感測放大器

302:關聯雙取樣調製器

40:時序控制器

41,42:取樣電路

43:差動放大器

44:類比數位轉換

700:電流加總器

GND:接地端

ILs:電流

Irmp:鋸齒波電流

Irpl:暫態擾動電流

HS,LS:控制訊號

L:電感

Nc:比較節點

No:輸出節點

Ns:開關節點

REF:參考訊號

Sa:調整訊號

Sc:比較訊號

Sdf:變化率表示訊號

SL:電流值訊號

SLr:參考電流值訊號

Stc1,Stc2:取樣控制訊號

T1,T2:電晶體

t1至t3:時間

V+:初始斜坡電壓

V-:直流偏壓

Vc:比較電壓

VIN:輸入電壓

VOUT:輸出電壓

Vth:門檻值

△V1,△V2:差值

第1圖係為本發明實施例中之一種恆定導通時間轉換器的示意圖。

第2圖係為本發明實施例中之另一種恆定導通時間轉換器的示意圖。

第3圖係為本發明實施例中之另一種恆定導通時間轉換器的示意圖。

第4圖係為第3圖中之一種調整電路的示意圖。

第5圖係為第3圖中之另一種調整電路的示意圖。

第6圖係為第3圖中之另一種調整電路的示意圖。

第7圖係為本發明實施例中之另一種恆定導通時間轉換器的示意圖。

第8圖顯示第4圖中之一種調整電路產生第一取樣及第二取樣的時序圖。

第9圖顯示第4圖中之另一種調整電路產生第一取樣及第二取樣的時序圖。

第10圖顯示第4圖中之另一種調整電路產生第一取樣及第二取樣的時序圖。

第1圖係為本發明實施例中之一種恆定導通時間(constant on-time，COT)轉換器1的示意圖。COT轉換器1可自輸入節點接收輸入電壓VIN以於輸出節點No產生輸出電壓VOUT。輸入電壓VIN可為直流電壓，例如12V。輸出電壓VOUT可小於輸入電壓VIN，且可為直流電壓，例如3.3V或1.8V。輸出電壓VOUT可用以對負載供電。例如，負載可為通用序列匯流排(universal serial bus，USB)裝置、記憶體或中央處理器。COT轉換器1包含電晶體T1、電晶體T2、電感L、鋸齒波產生器10、微分器12、放大器14、阻抗15、比較器16及COT驅動電路18。COT轉換器1可利用鋸齒波產生器10產生鋸齒波電流Irmp，及利用鋸齒波電流Irmp及輸出電壓VOUT回授信號，共同來控制COT驅動電路18，詳細操作於稍後段落說明。

電晶體T1、電晶體T2、電感L可形成功率級電路。電晶體T1包含第一端，用以接收輸入電壓VIN；第二端，耦接於開關節點Ns；及控制端，用以從COT驅動電路18接收控制電壓HS。電晶體T2包含第一端，耦接於開關節點Ns；第二端，耦接於接地端GND；及控制端，用以從COT驅動電路18接收控制電壓LS。電晶體T1及電晶體T2皆可為N型金屬氧化物半導體場效電晶體(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)。電感L包含第一端，耦接於開關節點Ns；及第二端，耦接於輸出節點No，用以產生輸出電壓VOUT。電感L的電感值、材質、耐壓、及其他特性可依據不同電路應用而選定。例如，電感L的電感值可為0.2微亨利(microhenries)。在一些實施例中，輸出節點No可另耦接於輸出電容，用以使輸出電壓VOUT實質上維持不變。鋸齒波產生器10 耦接於開關節點Ns及比較節點Nc。微分器12耦接於輸出節點No及比較節點Nc。放大器14耦接於輸出節點No，及經由阻抗15耦接於比較節點Nc。比較器16耦接於比較節點Nc。COT驅動電路18輸入端耦接於比較器16、輸出端則耦接於電晶體T1的控制端及電晶體T2的控制端。

控制電壓HS及控制電壓LS皆為脈衝訊號且實質上互為互補訊號。在一些實施例中，控制電壓HS及控制電壓LS中一者的下降緣，及另一者的上升緣之間可具有預定時間間隔。當控制電壓HS被設為邏輯高準位時，控制電壓LS會被設為邏輯低準位，使上橋(high side)路徑導通，電感L儲存能量，及輸出電壓VOUT上升。當控制電壓HS被設為邏輯低準位時，控制電壓LS會被設為邏輯高準位，使下橋(low side)路徑導通，電感L釋放能量，及輸出電壓VOUT下降。

鋸齒波產生器10、微分器12、放大器14、比較器16、及COT驅動電路18可形成穩壓迴圈，對輸出電壓VOUT進行穩壓。鋸齒波產生器10包含一階積分器100、高階積分器102、及跨導放大器104。一階積分器100及高階積分器102耦接於開關節點Ns。跨導放大器104耦接於一階積分器100、高階積分器102及比較節點Nc。

一階積分器100及高階積分器102可為由主動元件及/或被動元件形成的低通濾波器，一階積分器100可依據開關節點Ns之電壓產生初始斜坡電壓V+，且高階積分器102可依據開關節點Ns之電壓產生直流偏壓V-。跨導放大器104可依據初始斜坡電壓V+及直流偏壓V-之差值產生鋸齒波電流Irmp。具體而言，跨導放大器104可具有跨導值Gm，及可依據其跨導值Gm放大差值((V+)-(V-))產生鋸齒波電流Irmp=(Gm*((V+)-(V-)))。跨導放大器104的跨導值Gm可為預設值， 或依據輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、電感L的電感值、及/或輸出電容的電容值而動態設定。鋸齒波電流Irmp可為純粹的鋸齒波而不包含直流組成。微分器12可為由主動元件及/或被動元件形成的高通濾波器，及可依據輸出電壓VOUT之暫態擾動以產生暫態擾動電流Irpl。輸出電壓VOUT之暫態擾動可包含輸出電壓VOUT之漣波。微分器12可將輸出電壓VOUT之暫態擾動快速反應於暫態擾動電流Irpl，加速COT轉換器1的暫態反應。放大器14可依據增益A放大輸出電壓VOUT以於放大器14的輸出端產生回饋電壓。在一些實施例中，輸出節點No至放大器14的輸入端的路徑具有增益β，且回饋電壓可為VOUT*β*A。

阻抗15可為放大器14的輸出阻抗、微分器12的輸出阻抗、及跨導放大器104的輸出阻抗的等效阻抗Zo。比較節點Nc的比較電壓Vc可依據鋸齒波電流Irmp、暫態擾動電流Irpl及回饋電壓產生。具體而言，鋸齒波電流Irmp及暫態擾動電流Irpl經由阻抗15所產生的電壓與回饋電壓相加可建立比較電壓Vc=(Irmp+Irpl)*Zo+VOUT*β*A。比較電壓Vc可包含鋸齒波組成、暫態擾動組成及直流組成，其中鋸齒波組成由鋸齒波電流Irmp產生，暫態擾動組成由暫態擾動電流Irpl產生，且直流組成由回饋電壓產生。比較器16可對參考訊號REF及比較電壓Vc進行比較以產生比較訊號Sc。參考訊號REF可為電壓訊號。當比較電壓Vc小於參考訊號REF時，比較器16可在比較訊號Sc輸出邏輯高準位；當比較電壓Vc超出參考訊號REF時，比較器16可在比較訊號Sc輸出邏輯低準位。COT驅動電路18可依據比較訊號Sc產生控制訊號HS及LS來分別驅動電晶體及T1及電晶體T2。當比較訊號Sc為邏輯高準位時，COT驅動電路18可於恆定導通時段中將控制訊號HS設置為邏輯高準位及將控制訊號LS設置為邏輯低準位，藉以導通電晶體及T1及截止電晶體T2。恆定導通時段可為使用者預先設定的固定時段，或依據輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、電感L的電感值、及/或輸出電容的 電容值而動態設定的固定時段。當比較訊號Sc為邏輯低準位時，COT驅動電路18可將控制訊號HS設置為邏輯低準位及將控制訊號LS設置為邏輯高準位，藉以截止電晶體及T1及導通電晶體T2。

因此，COT轉換器1依據輸入電壓VIN產生的鋸齒波電流Irmp及輸出電壓VOUT產生的暫態擾動電流Irpl及回饋電壓來調節輸出電壓VOUT，以簡單的電路構造達成穩壓效果同時加速暫態反應。

第2圖係為本發明實施例中之另一種COT轉換器2的示意圖。COT轉換器2及COT轉換器1的差異在於COT轉換器2另包含調整電路20及計時器22。以下針對COT轉換器2及COT轉換器1之間的差異進行說明。

當輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT改變時，調整電路20可依據輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT調整鋸齒波電流Irmp的斜率及恆定導通時間的長度，藉以正確調節輸出電壓VOUT，提高COT轉換器2的穩定性及加強COT轉換器2的暫態響應。調整電路20包含參考值產生器200，耦接於跨導放大器104、電晶體T1之第一端、及輸出節點No。COT驅動電路18可包含計時器22，耦接於參考值產生器200。參考值產生器200可依據輸出電壓VOUT及輸入電壓VIN來調整跨導放大器104之跨導值Gm及恆定導通時段的長度。在一些實施例中，參考值產生器200可依據輸出電壓VOUT相對於輸入電壓VIN之比值(Vout/Vin)來產生調整訊號Sa，藉以調整跨導放大器104之跨導值Gm及調整恆定導通時段的長度。跨導放大器104可依據調整訊號Sa調整跨導值Gm。計時器22可依據調整訊號Sa調整恆定導通時段的長度，及計算恆定導通時段。調整訊號Sa可為類比訊號或數位訊號。在一些實施例中，調整訊號Sa可為類比電流訊號，跨導放大器104可將調整 訊號Sa及鋸齒波電流Irmp相加以產生更新的鋸齒波電流Irmp，且計時器22可將調整訊號Sa與預定電流相加以調整恆定導通時段的長度。在另一些實施例中，調整訊號Sa可包含一組數位編碼，跨導放大器104可依據調整訊號Sa調整跨導值Gm的檔位，且計時器22可依據調整訊號Sa調整恆定導通時段的長度的檔位。在一些實施例中，若輸出電壓VOUT增加及/或輸入電壓VIN降低，使得輸出電壓VOUT相對於輸入電壓VIN比值(Vout/Vin)增加，則調整訊號Sa會隨之增加，跨導放大器104會將跨導值Gm調整至較大值，且計時器22會將恆定導通時段調整為較長。當跨導值Gm增加，則鋸齒波電流Irmp的斜率會隨之增加，使比較電壓Vc的變化加快；當恆定導通時段的長度增加，則於電晶體T1每次開關循環週期內，電晶體T1導通對電感L儲能時間增加，使得輸出電壓VOUT會隨之增加，藉以正確調節輸出電壓VOUT。

COT轉換器2針對不同應用依據輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT調整鋸齒波電流Irmp的斜率及恆定導通時間的長度，藉以提高COT轉換器2的穩定性及加強COT轉換器2的暫態響應。

第3圖係為本發明實施例中之另一種COT轉換器3的示意圖。COT轉換器3及COT轉換器2的差異在於COT轉換器2中的調整電路20被COT轉換器3中的調整電路30替代。以下針對COT轉換器3及COT轉換器2之間的差異進行說明。

COT轉換器3可依據不同的應用需求採用不同的電感L。調整電路30可依據流經電感L的電流判斷電感L的電感值，進而調整鋸齒波電流Irmp的斜率及恆定導通時間的長度，藉以正確調節輸出電壓VOUT，提高COT轉換器3的穩定性及加速COT轉換器3的暫態響應。調整電路30包含電流感測放大器(current sense amplifier，CSA)300及關聯雙取樣調製器(correlated double sampling modulator，CDSM)302。電流感測放大器300耦接於開關節點Ns，關聯雙取樣調製器302耦接於電流感測放大器300、跨導放大器104及計時器22。

電流感測放大器300可依據電晶體T2的第一端之電流產生電流值訊號SL。在一些實施例中，當電晶體T1截止且電晶體T2導通時，電流ILs可經由電晶體T2及電感L流向輸出節點Vo，電流感測放大器300可取樣及放大電晶體T2的第一端之電流ILs以產生電流值訊號SL。電流值訊號SL可為電壓訊號。關聯雙取樣調製器30可依據電流值訊號SL的變化率來控制跨導放大器104之跨導值Gm。由於電流值訊號SL的變化率和電感L的電感值呈負相關，當電感L的電感值越大，則電流值訊號SL的變化率越小；且當電感L的電感值越小，則電流值訊號SL的變化率越大。在一些實施例中，關聯雙取樣調製器302可以固定時序對電流值訊號SL進行2次取樣，及依據2次取樣的差值來計算電流值訊號SL的變化率。固定時序可為固定時間間隔。關聯雙取樣調製器302可依據2次取樣的差值產生調整訊號Sa，藉以調整跨導放大器104之跨導值Gm及調整恆定導通時段的長度。在一些實施例中，當電流值訊號SL進行2次取樣的差值越大，代表電感L的電感值越小，則調整訊號Sa越大，藉以增加跨導值Gm(鋸齒波電流Irmp斜率較大)及增加恆定導通時段的長度；當電流值訊號SL進行2次取樣的差值越小，代表電感L的電感值越大，則調整訊號Sa越小，藉以降低跨導值Gm(鋸齒波電流Irmp斜率較小)及縮短恆定導通時段的長度，進而正確調節輸出電壓VOUT。調整訊號Sa可為類比訊號或數位訊號，第4圖顯示調整訊號Sa為數位訊號的實施例，第5、6圖顯示調整訊號Sa為類比訊號的實施例，在後續段落中會詳細說明。

COT轉換器3針對不同應用依據流經電感L的電流調整鋸齒波電流 Irmp的斜率及恆定導通時間的長度，藉以提高COT轉換器2的穩定性及加強COT轉換器2的暫態響應。

第4圖係為一種調整電路30的示意圖。調整電路30可接收控制訊號LS及電晶體T2的第一端之電流ILs以產生數位的調整訊號Sa。調整電路30包含時序控制器40、取樣電路41、取樣電路42、差動放大器43及類比數位轉換器(analog-to-digital converter，ADC)44。取樣電路41耦接於電流感測放大器300及時序控制器40，取樣電路42耦接於電流感測放大器300及時序控制器40。差動放大器43耦接於取樣電路41及取樣電路42，且類比數位轉換器44耦接於差動放大器43。

時序控制器40可由控制訊號LS觸發而以固定時序產生取樣控制訊號Stc1及取樣控制訊號Stc2。在一些實施例中，一旦收到控制訊號LS，時序控制器40可輸出高準位的取樣控制訊號Stc1及低準位的取樣控制訊號Stc2以對電流值訊號ILs進行取樣而產生第一取樣，及在經過預定延遲後，時序控制器40可輸出低準位的取樣控制訊號Stc1及高準位的取樣控制訊號Stc2以對電流值訊號ILs進行取樣而產生第二取樣。因此第一取樣及第二取樣可分別為電流值訊號ILs相差預定延遲的取樣訊號。在另一些實施例中，預定延遲時段的長度與輸出電壓VOUT的準位呈現負相關，例如時序控制器40可另依據輸出電壓VOUT的倒數調整預定延遲的長度。當輸出電壓VOUT的準位越低，則預定延遲的長度越長。

第8至10圖顯示產生3種第一取樣及第二取樣的時序圖，其中SLr為參考COT轉換器中電流感測放大器產生的參考電流值訊號，SLr為變壓器出廠時已知相關參數的曲線，例如已知：產生該SLr變化線型的參考電感值，與對應該參 考電感值的SLr的參考斜率，參考輸出電壓與所對應的參考取樣延遲時間。稍後依據量測所得的輸出電壓決定取樣延遲時間，進而據此計算出SL變化線型的斜率，進而計算出待量測的L2電感值，進而據此來調整跨導放大器104的增益。在第8圖的實施例中，電流值訊號SL的斜率大於參考電流值訊號SLr的斜率，若參考COT轉換器的輸出電壓VOUT2等於COT轉換器3的輸出電壓VOUT，則預定延遲的長度不變。對於參考電流值訊號SLr來說，可於時間t1產生第一取樣及於時間t2產生第二取樣，進而產生參考電流值訊號SLr的第一取樣及第二取樣之間的差值△V1；對於電流值訊號SL來說，可於時間t1產生第一取樣及於時間t2產生第二取樣，進而產生電流值訊號SL的第一取樣及第二取樣之間的差值△V2。由於差值△V2大於差值△V1，因此參考COT轉換器的電感的電感值L1大於COT轉換器3的電感L的電感值L2，以使調整電路30據此來調整跨導放大器104的增益。時間t2及時間t1之間的差值為預定延遲。

在第9圖的實施例中，電流值訊號SL的斜率等於參考電流值訊號SLr的斜率，若輸出電壓VOUT等於2倍的輸出電壓VOUT2(VOUT=2*VOUT2)，則預定延遲的長度增加1倍。對於參考電流值訊號SLr來說，可於時間t1產生第一取樣及於時間t2產生第二取樣，進而產生參考電流值訊號SLr的第一取樣及第二取樣之間的差值△V1；對於電流值訊號SL來說，可於時間t1產生第一取樣及於時間t3產生第二取樣，進而產生電流值訊號SL的第一取樣及第二取樣之間的差值△V2。由於差值△V2為2倍的差值△V1(△V2=2△V1)，因此電感值L1等於2倍的電感值L2(L1=2*L2)，以使調整電路30據此來調整跨導放大器104的增益。時間t3及時間t1之間的差值為調整後預定延遲。

在第10圖的實施例中，電流值訊號SL的斜率小於參考電流值訊號SLr 的斜率，若輸出電壓VOUT等於2倍的輸出電壓VOUT2(VOUT=2VOUT2)，則預定延遲的長度增加1倍。對於參考電流值訊號SLr來說，可於時間t1產生第一取樣及於時間t2產生第二取樣，進而產生參考電流值訊號SLr的第一取樣及第二取樣之間的差值△V1；對於電流值訊號SL來說，可於時間t1產生第一取樣及於時間t3產生第二取樣，進而產生電流值訊號SL的第一取樣及第二取樣之間的差值△V2。由於差值△V2等於差值△V1(△V2=△V1)，因此電感值L1等於電感值L2(L1=L2)，以使調整電路30據此來調整跨導放大器104的增益。時間t3及時間t1之間的差值為調整後預定延遲。

差動放大器43可依據其增益A放大第一取樣及第二取樣之差值以產生變化率表示訊號Sdf。差動放大器43的增益A及放大器14的增益A可相同或不同。類比數位轉換器44可對變化率表示訊號Sdf進行類比至數位轉換以產生數位的調整訊號Sa。例如，調整訊號Sa可為3位元數位編碼，參考第3圖，跨導放大器104可依據調整訊號Sa調整跨導值Gm的檔位，藉以調整鋸齒波電流Irmp的斜率，且計時器22可依據調整訊號Sa調整恆定導通時段的長度的檔位，藉以調整恆定導通時段的長度。

第5圖係為第3圖中之另一種調整電路的示意圖。第5圖中的調整電路30可接收控制訊號LS及電晶體T2的第一端之電流ILs以產生類比的調整訊號Sa。第5圖及第4圖中的調整電路30的差異在於第5圖中的調整電路30的跨導放大器50取代第4圖中的調整電路30的取樣比較器44及計數器45。以下針對第5圖及第4圖中的調整電路30的差異進行說明。

跨導放大器50耦接於差動放大器43，可依據其跨導值Gm放大變化率 表示訊號Sdf及門檻值Vth的差值以產生類比的調整訊號Sa。跨導放大器50的跨導值Gm可為預設值，調整訊號Sa可為電流訊號，且第5圖及第4圖中的門檻值Vth可相同或不同。參考第3圖，跨導放大器50可將調整訊號Sa及鋸齒波電流Irmp相加以產生更新的鋸齒波電流Irmp，且計時器22可將調整訊號Sa與預定電流相加以調整恆定導通時段的長度。相較於第4圖，第5圖中的調整電路30具有較少元件，降低製造成本，同時依據電感L的電阻值控制鋸齒波產生器10及計時器22以提高COT轉換器3的穩定性及加強COT轉換器3的暫態響應。

第6圖係為第3圖中之另一種調整電路的示意圖。第6圖中的調整電路30可接收控制訊號LS及電晶體T2的第一端之電流ILs以產生類比的調整訊號Sa。第6圖及第5圖中的調整電路30的差異在於第6圖中的調整電路30不包含差動放大器43，且跨導放大器50耦接於取樣電路41及取樣電路42。以下針對第6圖及第5圖中的調整電路30的差異進行說明。

跨導放大器50可依據其跨導值Gm放大第一取樣及第二取樣之差值以產生類比的調整訊號Sa。調整訊號Sa可為電流訊號。參考第3圖，跨導放大器50可將調整訊號Sa及鋸齒波電流Irmp相加以產生更新的鋸齒波電流Irmp，且計時器22可將調整訊號Sa與預定電流相加以調整恆定導通時段的長度。相較於第5圖，第6圖中的調整電路30具有較少元件，降低製造成本，同時依據電感L的電阻值控制鋸齒波產生器10及計時器22以提高COT轉換器3的穩定性及加強COT轉換器3的暫態響應。

第7圖係為本發明實施例中之另一種COT轉換器7的示意圖。COT轉換器7為COT轉換器2、3的結合，COT轉換器7中的調整電路70包含參考值產生 器200、電流感測放大器300、關聯雙取樣調製器302及電流加總器700。COT轉換器7中的參考值產生器200的電路設置及運作方式和COT轉換器2相似，COT轉換器7中的電流感測放大器300及關聯雙取樣調製器302的電路設置及運作方式和COT轉換器3相似，在此不再贅述。以下針對COT轉換器7及COT轉換器2、3之間的差異進行說明。

電流加總器700耦接於參考值產生器200及關聯雙取樣調製器302，如此調整電路70輸出的調整訊號Sa可同時依據(1)輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT的比值及(2)電流值訊號SL的變化率來控制跨導放大器104之跨導值Gm及調整恆定導通時段的長度。在一些實施例中，電流加總器700可混和輸入電壓VIN及輸出電壓VOUT的比值及電流值訊號SL的變化率來產生調整訊號Sa，藉以調整跨導放大器104之跨導值Gm及調整恆定導通時段的長度，其說明可於前述段落中找到，在此不再贅述。

COT轉換器7可依據輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT及/或流經電感L的電流調整鋸齒波電流Irmp的斜率及恆定導通時間的長度，藉以提高COT轉換器7的穩定性及加速COT轉換器7的暫態響應。

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。

1:恆定導通時間轉換器

10:鋸齒波產生器

100:一階積分器

102:高階積分器

104:跨導放大器

12:微分器

14:放大器

15:阻抗

16:比較器

18:COT驅動電路

GND:接地端

Vc:比較電壓

Irmp:鋸齒波電流

Irpl:暫態擾動電流

HS,LS:控制訊號

L:電感

Nc:比較節點

No:輸出節點

Ns:開關節點

REF:參考訊號

Sc:比較訊號

T1,T2:電晶體

V+:初始斜坡電壓

V-:直流偏壓

VIN:輸入電壓

VOUT:輸出電壓

Claims (14)

1. 一種電源轉換器(power converter)，包含：一功率級電路(power stage)，用以自一輸入節點接收一輸入電壓，而於一輸出節點產生一輸出電壓，該功率級電路包含一第一電晶體，一第二電晶體與一電感，該第一電晶體，該第二電晶體與該電感共同耦接於一開關節點；一鋸齒波產生器，包含；一第一低通濾波器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之一電壓產生一初始斜坡電壓；一第二低通濾波器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之該電壓產生一直流偏壓；及一跨導放大器，耦接於該第一低通濾波器、該第二低通濾波器及一比較節點，用以依據該初始斜坡電壓及該直流偏壓之一差值產生一鋸齒波電流；一高通濾波器，耦接於該輸出節點及該比較節點，用以依據該輸出電壓之暫態擾動以產生一暫態擾動電流；一放大器，耦接於該輸出節點及該比較節點，用以放大該輸出電壓以產生一回饋電壓，以於該比較節點依據該鋸齒波電流、該暫態擾動電流及該回饋電壓產生一比較電壓；一比較器，耦接於該比較節點，用以比較一參考訊號與該比較電壓以產生一比較訊號；一驅動電路，耦接於該比較器、該第一電晶體的一控制端及該第二電晶體的一控制端，用以輸出一控制訊號於一導通時段中導通該第一電晶體及截止該第二電晶體，該驅動電路依據該比較訊號而調變該導通時段的一長 度；及一參考值產生器，耦接於該跨導放大器、該輸入節點及該輸出節點，用以依據該輸出電壓及該輸入電壓來調整該跨導放大器之跨導值。
2. 如請求項1所述之電源轉換器，其中該參考值產生器用以依據該輸出電壓及該輸入電壓之一比值來調整該跨導放大器之該跨導值。
3. 如請求項2所述之電源轉換器，其中該參考值產生器另用以依據該輸出電壓及該輸入電壓之該比值來調整該導通時段的一長度。
4. 一種電源轉換器，包含：一功率級電路，用以自一輸入節點接收一輸入電壓，而於一輸出節點產生一輸出電壓，該功率級電路包含一第一電晶體，一第二電晶體與一電感，該第一電晶體，該第二電晶體與該電感共同耦接於一開關節點；一鋸齒波產生器，包含；一第一低通濾波器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之一電壓產生一初始斜坡電壓；一第二低通濾波器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之該電壓產生一直流偏壓；及一第一跨導放大器，耦接於該第一低通濾波器、該第二低通濾波器及一比較節點，用以依據該初始斜坡電壓及該直流偏壓之一差值產生一鋸齒波電流；一高通濾波器，耦接於該輸出節點及該比較節點，用以依據該輸出電壓之暫態擾動以產生一暫態擾動電流； 一放大器，耦接於該輸出節點及該比較節點，用以放大該輸出電壓以產生一回饋電壓，以於該比較節點依據該鋸齒波電流、該暫態擾動電流及該回饋電壓產生一比較電壓；一比較器，耦接於該比較節點，用以比較一參考訊號與該比較電壓以產生一比較訊號；一驅動電路，耦接於該比較器、該第一電晶體的一控制端及該第二電晶體的一控制端，用以輸出一控制訊號於一導通時段中導通該第一電晶體及截止該第二電晶體，該驅動電路依據該比較訊號而調變該導通時段的一長度；一感測放大器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之一電流產生一電流值訊號；及一雙取樣調製器，耦接於該感測放大器及該第一跨導放大器，用以依據該電流值訊號的一變化率來調整該第一跨導放大器之跨導值。
5. 如請求項4所述之電源轉換器，其中該雙取樣調製器另用以依據該電流值訊號的該變化率來調整該導通時段的一長度。
6. 如請求項4所述之電源轉換器，其中該雙取樣調製器包含：一時序控制器，用以於致能一第一取樣控制訊號一預定延遲之後致能一第二取樣控制訊號；一第一取樣電路，耦接於該感測放大器及該時序控制器，用以依據該第一取樣控制訊號對該電流值訊號進行取樣以產生一第一取樣；一第二取樣電路，耦接於該感測放大器及該時序控制器，用以依據該第二取樣控制訊號對該電流值訊號進行取樣以產生一第二取樣； 一差動放大器，耦接於該第一取樣電路及該第二取樣電路，用以依據該第一取樣及該第二取樣之一差值產生一變化率表示訊號；一取樣比較器，耦接於該差動放大器，用以該變化率表示訊號及一門檻值以產生一取樣比較訊號；及一計數器，耦接於該取樣比較器及該第一跨導放大器，用以依據該取樣比較訊號產生一調整訊號。
7. 如請求項4所述之電源轉換器，其中該雙取樣調製器包含：一時序控制器，用以於致能一第一取樣控制訊號一預定延遲之後致能一第二取樣控制訊號；一第一取樣電路，耦接於該感測放大器及該時序控制器，用以依據該第一取樣控制訊號對該電流值訊號進行取樣以產生一第一取樣；一第二取樣電路，耦接於該感測放大器及該時序控制器，用以依據該第二取樣控制訊號對該電流值訊號進行取樣以產生一第二取樣；一差動放大器，耦接於該第一取樣電路及該第二取樣電路，用以依據該第一取樣及該第二取樣之一差值產生一變化率表示訊號；及一第二跨導放大器，耦接於該差動放大器，用以比較該變化率表示訊號及一門檻值以產生一調整訊號。
8. 如請求項4所述之電源轉換器，其中該雙取樣調製器包含：一時序控制器，用以於致能一第一取樣控制訊號一預定延遲之後致能一第二取樣控制訊號；一第一取樣電路，耦接於該感測放大器及該時序控制器，用以依據該第一取樣控制訊號對該電流值訊號進行取樣以產生一第一取樣； 一第二取樣電路，耦接於該感測放大器及該時序控制器，用以依據該第二取樣控制訊號對該電流值訊號進行取樣以產生一第二取樣；及一第二跨導放大器，耦接於該第一取樣電路及該第二取樣電路，用以依據該第一取樣及該第二取樣之一差值產生一調整訊號。
9. 如請求項6至8任一項所述之電源轉換器，其中該時序控制器另用以依據該輸出電壓調整該預定延遲，使該輸出電壓與該預定延遲呈現負相關。
10. 一種電源轉換器，包含：一功率級電路，用以自一輸入節點接收一輸入電壓，而於一輸出節點產生一輸出電壓，該功率級電路包含一第一電晶體，一第二電晶體與一電感，該第一電晶體，該第二電晶體與該電感共同耦接於一開關節點；一鋸齒波產生器，包含；一第一低通濾波器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之一電壓產生一初始斜坡電壓；一第二低通濾波器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點之該電壓產生一直流偏壓；及一跨導放大器，耦接於該第一低通濾波器、該第二低通濾波器及一比較節點，用以依據該初始斜坡電壓及該直流偏壓之一差值產生一鋸齒波電流；一高通濾波器，耦接於該輸出節點及該比較節點，用以依據該輸出電壓之暫態擾動以產生一暫態擾動電流；一放大器，耦接於該輸出節點及該比較節點，用以放大該輸出電壓以產生一 回饋電壓，以於該比較節點依據該鋸齒波電流、該暫態擾動電流及該回饋電壓產生一比較電壓；一比較器，耦接於該比較節點，用以比較一參考訊號與該比較電壓以產生一比較訊號；一驅動電路，耦接於該比較器、該第一電晶體的一控制端及該第二電晶體的一控制端，用以輸出一控制訊號於一導通時段中導通該第一電晶體及截止該第二電晶體，該驅動電路依據該比較訊號而調變該導通時段的一長度；一參考值產生器，耦接於該跨導放大器、該第一電晶體之一第一端、及該輸出節點，用以產生該輸出電壓及該輸入電壓之一比值；一感測放大器，耦接於該開關節點，用以依據該開關節點的一電流以產生一電流值訊號；一雙取樣調製器，耦接於該感測放大器及該跨導放大器，用以判斷該電流值訊號的一變化率；及一調製器，耦接於該參考值產生器及該雙取樣調製器，用以依據該比值及該變化率來控制該跨導放大器之跨導值。
11. 如請求項10所述之電源轉換器，其中該調製器另依據該比值及該變化率調整該導通時段的一長度。
12. 如請求項1、4及10中任一項所述之電源轉換器，其中該第一電晶體，包含：一第一端，用以接收該輸入電壓；一第二端，耦接於該開關節點；及一控制端； 該第二電晶體，包含：一第一端，耦接於該開關節點；一第二端，耦接於一接地端；及一控制端；及該電感，包含：一第一端，耦接於該開關節點；及一第二端，耦接於該輸出節點，用以產生該輸出電壓。
13. 如請求項1、4及10中任一項所述之電源轉換器，其中該第一低通濾波器為一一階積分器，該第二低通濾波器為一高階積分器，且該高通濾波器為一微分器。
14. 如請求項1、4及10中任一項所述之電源轉換器，其中該電源轉換器為一恆定導通時間(constant on-time，COT)轉換器，當該輸出電壓及該輸入電壓之一比值相同時，該導通時段為一恆定導通時段。

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