直流/直流轉換器及直流/直流轉換方法
2023-10-06 12:37:39 4
專利名稱：直流/直流轉換器及直流/直流轉換方法
技術領域：
本發明涉及一種直流/直流轉換器及直流/直流轉換方法，特別是涉 及一種適應超高開關頻率需要的直流/直流轉換器及直流/直流轉換方 法。
背景技術：
直流/直流轉換器具有成本低、重量輕、可靠性高、結構簡單等優 點，因此，在工業領域和實驗室得到了廣泛應用。基於電感器儲能的直流/直流轉換器分成升壓型直流/直流轉換器(Boost)、降壓型直流/ 直流轉換器(Buck)、降壓-升壓直流/直流轉換器(Buck-Boost)等。直流/直流轉換器通常包括一功率開關(PowerMOSFET)，通過控制該 功率開關的斷開和閉合來控制輸出電壓。圖l所示為一傳統的升壓型直流/直流轉換器100a的示意圖，圖2 所示為一傳統的降壓型直流/直流轉換器100b的示意圖，圖2所示的降 壓型直流/直流轉換器100b的電路結構與圖1所示的升壓型直流/直流 轉換器100a的電路結構類似，區別在於升壓型直流/直流轉換器100a 的輸出電壓Vout大於輸入電壓Vin，而降壓型直流/直流轉換器100b 的輸出電壓Vout小於輸入電壓Vin。為簡潔起見，以下僅以圖l為例 進行描述。圖1所示的升壓型直流/直流轉換器100a包括放大器10a、與放大 器10a連接的加法器20a、誤差放大器30a、與加法器20a和誤差放大 器30a輸出端連接的比較器40a、與比較器40a連接的驅動電路50a、 與驅動電路50a連接的功率開關60a以及與誤差放大器30a連接的補償 電路80a。功率開關60a包括柵極、漏極和源極，功率開關60a的漏極 與一電感101a連接，電感101a通過一二極體102a和電容103a與一外 部負載(未圖示)連接，另外，電感101a從一外部電壓源接收一輸入電壓Vin。功率開關60a的源極與一電阻104a連接，在一升壓直流/直 流轉換器中，輸出電壓Vout大於輸入電壓Vin，輸出電壓Vout用於給 外部負載供電。分壓電路105a包括電阻RFBla和RFB2a，用於降低輸 出電壓Vout並將與輸出電壓Vout成比例的反饋電壓Vfb傳送至誤差放 大器30a，該誤差放大器30a將所述反饋電壓vfb和一參考電壓Vrefi 相比較並產生一誤差信號輸送給比較器40a,比較器40a比較所述誤差 信號和加法器輸出的加法信號並產生一脈寬調製(PWM)信號給驅動 電路50a，驅動電路50a再將所述PWM信號轉換成一控制信號，用於 驅動功率開關60a，補償電路80a提供頻率補償，用於調節所述輸出電 壓Vout。當功率開關60a閉合時，電流流過電阻104a，並被轉換成一反映 流過功率開關60a電流的電流檢測信號ISEN，該電流檢測信號ISEN 被送至一放大器10a (例如一6倍放大器)進行放大。放大後的電流檢 測信號ISEN再被送至加法器20a與一斜波信號RAMP相加。因為電流檢測信號ISEN在被送到加法器20a之前先被送至6倍放 大器10a進行放大，由於放大器10a帶寬有限，造成放大器的輸出跟不 上電流檢測信號ISEN的變化，進而造成放大器輸出的失真，從而對功 率開關60a的開關頻率進行了限制。而在電流檢測信號ISEN被放大後 送到加法器20a時，因為加法器20a本身具有反饋迴路，所述電流檢測 信號ISEN還要再失真一次，且加法器20a帶寬有限，造成加法器20a 的輸出失真。因此圖1所示的傳統直流/直流轉換器100a不能適應高頻 的需要，例如超過1兆高頻的開關頻率的需要。為了解決上述問題，有必要提供一種和可以適應超高開關頻率需 要的直流/直流轉換器。發明內容本發明的目的在於提供一種可以適應超高開關頻率需要的直流/ 直流轉換器，用於將一個直流輸入電壓轉換成一個直流輸出電壓。本發明的另一目的在於提供一種可以適應超高開關頻率需要的直 流/直流轉換方法，用於將一個直流輸入電壓轉換成一個直流輸出電壓。為實現上述目的，本發明提供一種直流/直流轉換器，包括一 功率開關，其與一電感相連，並提供一反映流過所述功率開關電流的 電流檢測信號； 一加法器，其一輸入端與所述功率開關和電感的連接 處相連，接收所述的電流檢測信號，並將所述電流檢測信號與一斜波 信號相加產生一加法信號； 一誤差放大器，用於比較一電壓反饋信號 和一參考電壓信號產生一誤差信號； 一比較器，用於比較所述誤差信 號和所述加法信號並產生一脈寬調製信號；以及一驅動電路，接收所 述脈寬調製信號並產生一控制信號，用於控制所述功率開關。本發明還提供一種直流/直流轉換方法，包括以下步驟產生一斜 波信號；檢測流過一功率開關的電流並產生一基於該功率開關電流的 電流檢測信號；將所述斜波信號和電流檢測信號相加產生一個加法信 號；產生一與輸出電壓成比例的電壓反饋信號；在一個誤差放大器中 比較所述電壓反饋信號和一參考電壓信號並產生一個誤差信號；比較 上述誤差信號和加法信號並產生一個脈寬調製信號；以及將所述脈寬 調製信號轉換成一個控制信號用以驅動所述功率開關。與現有技術相比，本發明的直流/直流轉換器和直流/直流轉換方法 因為電流檢測信號直接被送到加法器與斜波信號相加，無需先被送至 一放大器進行放大，因此不會產生由於放大器帶寬有限而造成的失真， 且加法器本身沒有反饋迴路，極大地降低了直流/直流轉換器電流反饋 環路的延遲，因此當功率開關的開關頻率很高時，直流/直流轉換器能 保持很好的穩定性和可靠性，因此本發明直流/直流轉換器和直流/直流 轉換方法可以適應超髙開關頻率的需要，例如超過1兆赫茲的開關頻 率的需要。本發明的其它特性和優點將在以下詳細描述並結合圖示的說明中 更為明顯。
圖1是傳統升壓型直流/直流轉換器的結構框圖。 圖2是傳統降壓型直流/直流轉換器的結構框圖。 圖3是本發明一個實施例的升壓型直流/直流轉換器的結構框圖。圖4是圖3所示升壓型直流/直流轉換器的詳細電路圖。圖5是圖4所示升壓型直流/直流轉換器中的信號波形示意圖。 圖6是本發明另一個實施例的降壓型直流/直流轉換器的結構框圖。圖7是圖6所示降壓型直流/直流轉換器的詳細電路圖。 圖8是圖7所示降壓型直流/直流轉換器中的信號波形示意圖。
具體實施方式
請參見圖3所示，圖3是本發明一個實施例的升壓型直流/直流轉 換器100的結構框圖。本發明升壓型直流/直流轉換器100用於將一輸 入電壓Vin轉換成輸出電壓Vout，包括加法器20、誤差放大器30、與 加法器20和誤差放大器30的輸出端連接的比較器40、與比較器40輸 出端連接的驅動電路50和與驅動電路50輸出端連接的功率開關60。 所述升壓直流/直流轉換器100還包括一與加法器20連接的振蕩器70 以及與誤差放大器連接的補償電路80。.其中功率開關60具有柵極、漏 極和源極，驅動電路50的輸出端連接到功率開關60的柵極。加法器 20 —個輸入端信號為反映流過功率開關60a電流的電流檢測信號 ISEN，該電流檢測信號ISEN取自所述功率開關60和電感101的連接 處，另一個輸入端信號為振蕩器70輸出的斜波信號RAMP，加法器20 將電流檢測信號ISEN與斜波信號RAMP相加後產生一加法信號 ISEN+RAMP並傳送給所述比較器40。功率開關60的漏極與電感101 連接，電感101—端從一外部電壓源(未圖示)接收一輸入電壓Vin， 另一端通過一二極體102和電容103給一外部負載(未圖示)提供電 壓Vout。功率開關60的源極接地，在一升壓型直流/直流轉換器100 中，輸出電壓Vout大於輸入電壓Vin。分壓電路105包括電阻RFB1 和RFB2，用於降低輸出電壓Vout並將與輸出電壓Vout成比例的反饋 電壓VFB傳送至誤差放大器30的一個輸入端，誤差放大器30的另一 個輸入端為一參考電壓信號Vrefi，該誤差放大器30比較反饋電壓Vfb 和參考電壓VreF1並產生一誤差信號傳送給比較器40，比較器40比較 所述誤差信號和加法器20輸出的加法信號並產生一脈寬調製(PWM)信號給驅動電路50，驅動電路50再將所述PWM信號轉換成一控制信 號SWON，用於驅動功率開關60。在本實施例中，功率開關60為一N 型MOSFET。補償電路80連接在分壓電路105和誤差放大器30的輸 出端之間，提供輸出電壓Vout的頻率補償。請參見圖4所示，圖4是圖3所示升壓型直流/直流轉換器100的 詳細電路圖。直流/直流轉換器100的振蕩器70在節點701產生斜波信 號RAMP，振蕩器70包括第一電流源(current source) 71、第一電容 72、第一電阻73、第一開關74、第一比較器75、第二比較器76及邏 輯電路77，在本實施例中，第一開關74為NMOS電晶體。邏輯電路 77產生一脈衝信號，即第二控制信號控制第一開關74的工作狀態。當 第一開關74斷開時，第一電流源71給第一電容72充電；當第一開關 74閉合時，第一電容72將通過第一電阻73放電。通過所述第一電容 72的充放電，振蕩器70在節點701，即第一電容72的上極板產生所 述斜波信號RAMP。在第一電流源71給第一電容72充電時，當斜波 信號RAMP大於一個域值Vref2，例如2伏時(可根據具體需要來設置)， 第一比較器75輸出一個0信號，即第一控制信號給邏輯電路77,邏輯 電路77將輸出一個l信號(即前述的脈衝信號，或稱為第二控制信號) 給第一開關74,此時第一開關74被閉合，這時第一電容72的充電過 程結束，第一電容72將通過第一電阻73來放電，斜波信號RAMP的 電壓開始減小；當斜波信號RAMP減小到小於一個域值vref3，例如 0.1伏時(可根據具體需要來設置)，第二比較器76輸出一個l信號， 即第一控制信號給邏輯電路77，邏輯電路77將輸出一個0信號(即前 述的脈衝信號，或稱為第二控制信號)給第一開關74，第一開關74將 被斷開，這時第一電容72的放電過程結束，第一電流源71將再次給 第一電容72充電，開始進行一個新的充放電周期。基於上述對第一電 容72的充放電，振蕩器70在節點701處產生所述具有波谷和波峰的 斜波信號RAMP，在本實施例中，該斜波信號RAMP為一鋸齒波信號。 加法器20包括第二電流源21、與第二電流源21相連接的第二電 容22、第二電阻23、第二開關24、第三開關25、第四開關26和反相 器27，在本實施例中，第二、第三及第四開關23、 24、 25均為NMOS電晶體，且第二開關24的一端與振蕩器70的第一開關74連接。因為 第二電流源21與第一電流源7i形成一電流鏡像，第二電容22與第一 電容72相匹配，第二電阻23與第一電阻73相匹配，因此，第二電容 22上的充電電流是第一電容72上的充電電流的N倍，N可以是任何正 的整數，如果第二電流源21與第一電流源71相等，則第二電容22上、 下極板(節點201、節點202)間的電壓差與第一電容72上、下極板 (節點701、節點702)間的電壓差相等。當驅動電路50輸出的控制信號SWON為1時，功率開關60閉合， 同時第四開關26也閉合，在這種情況下，電流檢測信號ISEN等於流 過功率開關60的電流乘以功率開關60的導通電阻，因此電流檢測信 號ISEN反映了流過功率開關60上的電流的變化。另外，反相器27將 控制信號SWON反相，即從1變成0，用於驅動第三開關25，在這種 情況下，第三開關25斷開，第二電流源21給第二電容22充電，因為 第二電容22的下極板，即節點202處的電壓為ISEN，且第二電容22 的上極板(節點201)和下極板(節點202)之間的電壓差為RAMP， 因此第二電容22的上極板(節點201)處的電壓為ISEN+RAMP，此 加法器20輸出的加法信號ISEN+RAMP被送至比較器40。當驅動電路50輸出的控制信號SWON為0時，功率開關60斷開， 同時第四開關26也斷開。在這種情況下，反相器27將控制信號SWON 從0變成1，此時第三開關25閉合，因此第二電容22的下極板(節點 202)處的電壓ISEN被接地，且第二電容22的上極板(節點201)和 下極板(節點202)之間的電壓差為RAMP，因此電容的上極板(節點 201)處的電壓為RAMP，此加法器輸出的加法信號ISEN+RAMP被送 至比較器40。加法器20的輸出信號ISEN+RAMP被送到比較器40 —端作為比 較器40的第一輸入端。分壓電路105可輸出一個與輸出電壓Vout成比 例的反饋電壓vfb給誤差放大器30，誤差放大器30比較反饋電壓Vfb 和參考電壓vreh並產生一誤差信號。該誤差信號被送至比較器40另 一端作為比較器40的第二輸入端，比較器40比較所述第一輸入端信 號和第二輸入端信號並產生一脈寬調製(PWM)信號給驅動電路50，驅動電路50再將所述PWM信號轉換成一控制信號SWON，用於驅動 功率開關60。圖5是圖4所示升壓型直流/直流轉換器100中的信號波形示意 圖。波形510、 512、 514、 516分別表示振蕩器70在節點701 (第一電 容72的上極板)產生的斜波信號RAMP、驅動電路50產生的控制信 號SWON、反映流過功率開關60電流的電流檢測信號ISEN、電流檢 測信號ISEN與斜波信號RAMP在加法器20中相加後產生的加法信號 ISEN+RAMP。如前所述，當開關控制信號SWON為1時，功率開關 60閉合，同時第四開關26也閉合，在這種情況下，第二電容的上極板 (節點201)處的電壓為ISEN+RAMP，因此加法器20的輸出電壓為 ISEN+RAMP。當開關控制信號SWON為0時，功率開關60斷開，同 時第四開關26斷開，第三開關25閉合，在這種情況下，第二電容22 的下極板(節點202)處的電壓ISEN被接地，電容的上極板(節點201) 處的電壓為RAMP，因此加法器20的輸出電壓為RAMP。圖6是本發明另一個實施例的降壓型直流/直流轉換器100'的結構 框圖。對於降壓型直流/直流轉換器100'來說，其輸出電壓Vout小於輸 入電壓Vin，圖6所示的降壓型直流/直流轉換器100'的電路結構與圖3 所示的升壓型直流/直流轉換器100的電路結構類似，因此以下僅對兩 種轉換器的區別部分進行詳細描述。該降壓型直流/直流轉換器100'亦包括加法器20'、誤差放大器30'、 比較器40，、驅動電路50，和功率開關60，。該降壓型直流/直流轉換器 100'還包括一與加法器20，連接的振蕩器70，以及與誤差放大器30，連接 的補償電路80'。在本實施例中，功率開關60，為一P型MOSFET，包 括柵極、漏極和源極，功率開關60'—端從一外部電壓源接收一輸入電 壓Vin，當功率開關60'閉合時，直流/直流轉換器100'通過功率開關60，、 電感101'和電容103'給外部負載(未圖示)供電。加法器20'的一個輸 入端與功率開關60'的漏極、電感IOI'的一端和一個二極體102'的一端 連接，當功率開關60'閉合時， 一個反映流過功率開關60'電流的電流 檢測信號ISEN被送至加法器20'作為加法器20'的一個輸入端。加法器 20，將電流檢測信號ISEN與來自振蕩器70，的斜波信號RAMP相加並產生一個加法信號ISEN+RAMP傳送給比較器40'。分壓電路105，分 壓電路105包括電阻RFB1'和RFB2'，用於將與輸出電壓Vout成比例 的反饋電壓vfb傳送至誤差放大器30'的一個輸入端，誤差放大器30'比較反饋電壓vfb和一個參考電壓vref!並產生一誤差信號輸送給比較器40'，比較器40，比較所述誤差信號和加法信號並產生一 PWM信號 給驅動電路50'，驅動電路50'再將所述PWM信號轉換成一控制信號 SWON，用於驅動功率開關60'。圖7是圖6所示降壓型直流/直流轉換器100'的詳細電路圖。振蕩 器70，在節點701，產生斜波信號RAMP，振蕩器70，包括第一電流阱 (current sink) 71'、第一電容72'、第一電阻73'、第一開關74，、第一 比較器75'、第二比較器76，及邏輯電路77'，在本實施例中，第一實施 例中振蕩器70的第一電流源71變成第一電流阱71'，且第一開關74' 變為一PMOS電晶體。邏輯電路77'產生一脈衝信號(即第二控制信號) 控制第一開關74'的工作狀態。當第一開關74'斷開時，第一電流阱71' 提供一電流從第一電容72，的下極板，即節點701，處拉出電壓；當第一 開關74，閉合時，節點701，的電壓通過第一電阻73，將被上推到一峰值 電壓，前述過程將在節點701'產生一個斜波信號RAMP。當斜波信號 RAMP大於一個域值Vref2，第一比較器75，輸出一個1信號(即第一 控制信號)給邏輯電路77'，邏輯電路77'將輸出一個1信號(即第二 控制信號)給第一開關74'，此時第一開關74，被斷開，節點701，的電 壓將停止增加，斜波信號RAMP的電壓開始減小，因為第一電流阱71' 開始工作，即從節點701'處拉出電壓，當斜波信號RAMP減小到小於 一個域值vref3，第二比較器76，輸出一個0信號(即第一控制信號) 給邏輯電路77'，邏輯電路77，將輸出一個0信號(即第二控制信號) 給第一開關74'，第一開關74'將被閉合，這時節點701'處的電壓，即 斜波信號RAMP將停止減小，然後開始進行一個新的周期。基於上述 過程，振蕩器70，在節點701，產生所述具有波谷和波峰的斜波信號 RAMP，在本實施例中，該斜波信號RAMP為一鋸齒波信號。加法器20'包括第二電流阱21，、與第二電流阱21，相連接的第二 電容22'、第二電阻23'、第二開關24，、第三開關25，、第四開關26，和反相器27'，在本實施例中，第二、第三及第四開關23、 24、 25均 為PMOS電晶體，且第二開關24，的一端與振蕩器70，的第一開關74， 連接。因為第二電流阱21'與第一電流阱71，形成一電流鏡像，第二電 容22'與第一電容72'相匹配，第二電阻23'與第一電阻73'相匹配，因 此，第二電流阱21，提供的電流是第一電流阱71，提供的電流的N倍， N可以是任何正的整數，在本實施例中，如果第二電流阱21'與第一電 流阱71'相等，則第二電容22，上、下極板(節點202'、節點201')間 的電壓差與第一電容72'上、下極板(節點702'、節點701')間的電壓 差相等。當驅動電路50'輸出的控制信號SWON為0時，功率開關60'閉合， 同時第四開關26'也閉合，另外，反相器27'將控制信號SWON變成1， 第三開關25，斷開，在這種情況下，反映流過功率開關60，上的電流變 化的電流檢測信號ISEN將在加法器20'中與斜波信號RAMP相加，並 在節點201'處，即第二電容22'的下極板處產生一加法信號 ISEN+RAMP;當驅動電路50'輸出的控制信號SWON為1時，功率開 關60'斷開，同時第四開關26'也斷開，反相器27'將控制信號SWON 變成0，第三開關25，閉合，因此第二電容22，的上極板(節點202，) 處的電壓ISEN被接地(VDD)，此時節點201，處，即第二電容22'的下 極板處的電壓為RAMP。圖8是圖7所示降壓型直流/直流轉換器100'中的信號波形示意 圖。波形810、 812、 814、 816分別表示振蕩器70，在節點701，(第一 電容72'的下極板)產生的斜波信號RAMP、驅動電路50'產生的控制 信號SWON、反映流過功率開關60'電流的電流檢測信號ISEN、電流 檢測信號ISEN與斜波信號RAMP在加法器20'中相加後產生的加法信 號ISEN+RAMP。當第一開關74'閉合時，斜波信號RAMP快速增加， 當斜波信號RAMP增加到大於一個閾值Vref2吋，邏輯電路77輸出信 號控制第一開關74使其斷開，這時斜波信號RAMP將被下拉減小到一個閾值vref3。本領域技術人員可知道斜波信號RAMP的波谷和波峰不是固定的，可根據具體的電路設計選擇不同的值。如前所述，當開關控制信號SWON為0時，因此加法器20'的輸出電壓，即節點201'處的電壓為ISEN+RAMP。當開關控制信號SWON 為1時，第二電容22'的上極板(節點202')處的電壓ISEN被接地 (VDD)，因此加法器20，的輸出電壓，即節點201，處的電壓為RAMP。 因為本發明直流/直流轉換器100、 IOO'中的電流檢測信號ISEN在 被送至加法器20、 20'之前無需送至一放大器進行放大，因此不會產生 由於放大器帶寬有限而造成的失真，且直流/直流轉換器100、 100'中的 加法器20、 20'沒有反饋迴路，加法器20、 20'中的第二電容22、 22' 一個極板上，即節點202、 202，處的電壓變化(電流檢測信號ISEN的 變化，如波形514、 814所示)快速反應在另一個極板上，即節點201、 201'處的電壓變化(加法信號ISEN+RAMP的變化，如波形516、 816所 示)上，因此加法器20、20，極大地降低了直流/直流轉換器100、 100，電 流反饋環路的延遲，當功率開關60、 60'的開關頻率很高時，例如超過 l兆的高頻時，直流/直流轉換器100、 100'仍能保持很好的穩定性和可 靠性。另外，當輸入電壓Vin變化時，電流檢測信號ISEN可以檢測該輸 入電壓Vin的實時變化，加法器20、 20'發送電流檢測信號ISEN和斜 波信號RAMP的相加的加法信號ISEN+RAMP給比較器40、 40'，比 較器40、 40'比較加法信號和來自誤差放大器的誤差信號並產生一個脈 寬調製信號送給驅動電路50、 50'，驅動電路50、 50'產生一個控制信 號SWON控制功率開關60、 60'的導通時間，進而控制直流/直流轉換 器IOO、 IOO，的輸出電壓Vout。通過以上控制，可得到一個穩定的輸出 電壓。本領域技術人員知道本發明中的加法器20、20'也可以被使用在一 個升-降壓型直流/直流轉換器(未圖示)中，升-降壓型直流/直流轉換 器的電路結構與升壓型直流/直流轉換器、降壓型直流/直流轉換器的電 路結構類似，為簡潔起見，升-降壓型直流/直流轉換器的具體結構不再 詳細敘述。上述升壓型直流/直流轉換器、降壓型直流/直流轉換器和升-降壓 型直流/直流轉換器可以應用在各種電子裝置中，例如可攜式計算機、 行動電話、數位相機等電子產品中。另外，本發明還提供了一種直流/直流轉換方法，用於將一個直流 輸入電壓轉換成一個直流輸出電壓，基於上述的直流/直流轉換器，結合圖3、圖4、圖6、圖7，對所述直流/直流轉換方法進行說明如下。所述直流/直流轉換方法主要包括以下步驟首先，通過振蕩器70或70，產生一斜波信號RAMP，檢測流過 一功率開關60或60'的電流並產生一基於該功率開關電流的電流檢測 信號ISEN;接著，將所述斜波信號RAMP和電流檢測信號ISEN通過一加法 器20或20'相加產生一個加法信號RAMP + ISEN;然後，通過分壓電路105或105'產生一與輸出電壓成比例的電 壓反饋信號VFB，並在一個誤差放大器40或40，中比較所述電壓反饋 信號Vfb和一參考電壓信號Vrefi並產生一個誤差信號；而後，在比較器40或40'中比較上述誤差信號和加法信號並產 生一個脈寬調製信號PWM;最後，將所述脈寬調製信號PWM通過驅動電路50或50'轉換成 一個控制信號SWON用以驅動所述功率開關60或60'。其中，產生所述斜波信號的步驟是通過控制一電容的充放電實現 的，例如，將一電阻與一開關串聯，並使串聯後的電路與所述電容並 聯，通過控制所述開關的斷開與閉合，對所述電容進行充放電。具體 實施例如圖4、 7所示，在圖4中，當第一開關74斷開時，第一電流 源71給第一電容72充電；當第一開關74閉合時，第一電容72將通 過第一電阻73放電。通過所述第一電容72的充放電，振蕩器70在節 點701，即第一電容72的上極板產生所述斜波信號RAMP;在圖7中， 當第一開關74'斷開時，第一電流阱71'提供一電流從第一電容72'的下 極板，即節點701'處拉出電壓；當第一開關74'閉合時，節點701'的電 壓通過第一電阻73'將被上推到一峰值電壓，前述過程將在節點701' 產生一個斜波信號RAMP。具體的電容充放電過程是使所述開關斷開，採用一預定的電流 對所述電容進行充電，當所述電容的電壓達到一第一閾值電壓時，使 所述開關閉合，對所述電容進行放電；當所述電容的電壓達到一第二閾值電壓時，再使所述開關斷開，對所述電容進行充電。參考圖4，上述過程為通過一電流源71給第一電容72充電， 當第一電容72的電壓大於一個域值Vref2，例如2伏時，第一比較器 75輸出一第一控制信號給邏輯電路77，邏輯電路77將輸出一個第二 控制信號給第一開關74，此時第一開關74被閉合，第一電容72的充 電過程結束，第一電容72將通過第一電阻73來放電，當第一電容72 的電壓減小到小於一個域值vref3，例如0.1伏時(可根據具體需要來 設置)，第二比較器76輸出一第一控制信號給邏輯電路77，邏輯電路 77將輸出一第二控制信號給第一開關74，第一開關74將被斷開，這 時第一電容72的放電過程結束，第一電流源71將再次給第一電容72 充電，開始進行一個新的充放電周期。在本發明中，產生加法信號的一個具體實施過程包括以下步驟 通過一與所述預定的電流形成電流鏡像的鏡像電流對一第二電容 充放電使得第二電容的兩端的電壓差與第一電容兩端的電壓差相匹 配；該第二電容的兩端電壓差的信號即為所述斜波信號；將第二電容的兩端電壓差和電流檢測信號相加，便得到了加法信 號，也就是，所述的加法信號為所述斜波信號和電流檢測信號相加的 和。上述過程參考圖4，因在前面的轉換器中己說明，在此不再贅述。 最後所應說明的是以上實施例僅用以說明本發明而非限制，盡 管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員 應當理解，可以對本發明進行修改或者等同替換，而不脫離本發明的 精神和範圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求範圍當中。
權利要求
1. 一種直流/直流轉換器，用於將一直流的輸入電壓轉換成一直流的輸出電壓，其特徵在於，所述直流/直流轉換器包括一功率開關，其與一電感相連，並提供一反映流過所述功率開關電流的電流檢測信號；一加法器，其一輸入端與所述功率開關和電感的連接處相連，接收所述的電流檢測信號，並將所述電流檢測信號與一斜波信號相加產生一加法信號；一誤差放大器，用於比較一輸出電壓反饋信號和一參考電壓信號產生一誤差信號；一比較器，用於比較所述誤差信號和所述加法信號並產生一脈寬調製信號；以及一驅動電路，接收所述脈寬調製信號並產生一控制信號，用於控制所述功率開關。
2. 根據權利要求1所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 直流/直流轉換器的電壓輸出端還包括一分壓電路，用於成比例的縮小 輸出電壓從而產生所述輸出電壓反饋信號。
3. 根據權利要求2所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 直流/直流轉換器還包括一連接在所述分壓電路和所述誤差放大器輸出 端之間的補償電路。
4. 根據權利要求1所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 直流/直流轉換器還包括一產生所述斜波信號的振蕩器，其輸出的所述 斜波信號傳輸給所述加法器。
5. 根據權利要求4所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 振蕩器包括第一電流源、第一電容、第一電阻、第一開關、比較器 和邏輯電路，其中，所述第一電容的第一端與所述第一電流源連接，輸出所述斜波信號；所述第一電容的第二端與所述第一開關的第一端連接；所述第一電阻的第一端與所述第一電容的第一端連接，所述第一電阻的第二端與所述第一開關的第二端連接；所述比較器的一輸入端與所述第一電容的第一端連接，接收所述斜波信號，通過將所述斜波信號與一參考信號的比較，輸出一第一控制信號給所述邏輯電路；所述邏輯電路接收所述第一控制信號，經過邏輯運算後，輸出一第二控制信號給所述第一開關的控制端，控制所述第一開關的斷開與閉合。
6. 根據權利要求5所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 加法器包括第二電流源、第二電容、第二電阻、第二、三、四開關 及反相器，其中，所述第二電流源與所述第一電流源形成電流鏡像； 所述第二電容的第一端與所述第二電流源連接，輸出所述的加法信號，第二端與所述第二、三、四開關的第一端連接；所述第二電阻的第一端與所述第二電容的第一端連接，第二端與所述第二開關的第二端連接；所述第二開關的控制端與所述第一開關的第二端連接； 所述第三開關的第二端接地，控制端通過所述反相器與所述驅動電路相接連，接收所述驅動電路產生的所述控制信號；所述第四開關的第二端與所述功率開關連接，接收功率開關電流的電流檢測信號，所述控第四開關的控制端與所述驅動電路相接連，接收所述驅動電路產生的所述控制信號。
7. 根據權利要求6所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 第一電流源、第二電流源為電流阱。
8. 根據權利要求6所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述第一電阻與第二電阻相匹配。
9. 根據權利要求8所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 第一電容與第二電容相匹配。
10. 根據權利要求9所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述第一電容和第二電容兩端的電壓差相等。
11. 根據權利要求6所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 第一、二、三、四開關均為NMOS電晶體。
12. 根據權利要求7所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 第一、二、三、四開關均為PMOS電晶體。
13. 根據權利要求6所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 功率開關是N型MOSFET。
14. 根據權利要求7所述的直流/直流轉換器，其特徵在於，所述 功率開關是p型M0SFET。
15. —種直流/直流轉換方法，用於將一個直流輸入電壓轉換成一 個直流輸出電壓，其特徵在於，所述直流/直流轉換方法包括以下步驟產生一斜波信號；檢測流過一功率開關的電流並產生一基於該功率開關電流的電流 檢測信號；將所述斜波信號和電流檢測信號相加產生一個加法信號； 產生一與輸出電壓成比例的電壓反饋信號；在一個誤差放大器中比較所述電壓反饋信號和一參考電壓信號並 產生一個誤差信號；比較上述誤差信號和加法信號並產生一個脈寬調製信號；以及將所述脈寬調製信號轉換成一個控制信號用以驅動所述功率開關。
16. 根據權利要求15所述的直流/直流轉換方法，其特徵在於，所 述產生一斜波信號的步驟是通過控制一電容的充放電實現的。
17. 根據權利要求16所述的直流/直流轉換方法，其特徵在於， 將一電阻與一開關串聯，並使串聯後的電路與所述電容並聯，通過控 制所述開關的斷開與閉合，對所述電容進行充放電。
18. 根據權利要求17所述的直流/直流轉換方法，其特徵在於， 所述控制一電容的充放電的步聚包括-使所述開關斷開，採用一預定的電流對所述電容進行充電，當所 述電容的電壓達到一第一閾值電壓時，使所述開關閉合，對所述電容 進行放電；當所述電容的電壓達到一第二閾值電壓時，再使所述開關 斷開，對所述電容進行充電。
19. 根據權利要求18所述的直流/直流轉換方法，其特徵在於，所 述方法還包括以下步驟通過一與所述預定的電流形成電流鏡像的鏡像電流對一第二電容 充放電使得第二電容的兩端的電壓差與第一電容兩端的電壓差相匹 配；將第二電容的兩端電壓差和電流檢測信號相加，以產生所述斜波 信號和電流檢測信號相加的加法信號。
全文摘要
本發明公開一種直流/直流轉換器及直流/直流轉換方法，用於將一直流的輸入電壓轉換成一直流的輸出電壓。所述直流/直流轉換器包括一功率開關，其與一電感相連，該功率開關提供一反映流過該功率開關電流的電流檢測信號；一加法器，其與所述功率開關及電感相連，該加法器將所述電流檢測信號與一斜波信號相加產生一加法信號；一誤差放大器，用於比較一電壓反饋信號和一參考電壓信號產生一誤差信號；一比較器，用於比較所述誤差信號和所述加法信號並產生一脈寬調製信號；以及一驅動電路，接收所述脈寬調製信號並產生一控制信號，用於控制所述功率開關。本發明提供的直流/直流轉換器和直流/直流轉換方法可以適應超高開關頻率的需要。
文檔編號H02M3/156GK101262174SQ20071008644
公開日2008年9月10日 申請日期2007年3月9日 優先權日2007年3月9日
發明者許瑞清 申請人:凹凸科技(中國)有限公司