直流／直流转换器制造技术

本发明专利技术提供一种直流／直流转换器，其包括第一开关电路、滤波器、误差放大器、脉冲宽度调制电路、感测电路与补偿电路。该直流／直流转换器可依据负载的变化，适应性地来调整系统的频宽。亦即，当转换器操作于暂态时，系统频宽将被增加，使转换电压能够根据负载状态做出快速的反应；以及当转换器操作于稳态时，系统频宽将被减小，以增加系统的稳定性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术是指一种直流/直流转换器，尤指一种能够依据负载状态以改变系统频宽的直流/直流转换器。
技术介绍
一般而言，电流模式直流/直流降压转换器(Current Mode DC/DC BuckConverter)于其内部误差放大器之后加入补偿电路来保持整个电路闭回路系统的稳 定，而由于闭回路系统的相位边际(Phase Margin)需要极低频的主极点才得以维持，所以， 目前已知作法是于该补偿电路中加入一个大电容(通常为奈米等级)来产生闭回路系统所 需要的主极点，然而，此大电容无法被集成至集成电路内部，故实作时集成电路需要一个外 接的接脚来连接该大电容，而该外接的接脚不但会影响到整体闭回路系统的反应速度，同 时亦增加了制作时的成本。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的之一在于提供一种能够将主极点补偿的电容实现于芯片内部 且于暂态下具有较快反应速度的直流/直流降压转换器，以解决上述的问题；该直流/直流 降压转换器还使用与负载状态相关的动态极零点补偿技术使整体系统于各稳态负载状态 下皆成为单极点系统，以确保整体系统的稳定度。依据本专利技术的一实施例，其是揭露一种用于转换输入电压以输出转换电压至负载 的转换器。该转换器包括第一开关电路、滤波器、误差放大器、脉冲宽度调制电路、感测电路 与补偿电路；第一开关电路接收输入电压并依据脉宽信号来决定是否传送输入电压以输出 输出信号；滤波器用来对输出信号进行滤波以输出转换电压至负载；误差放大器用来放大 反馈电压与参考电压间的误差以产生控制信号，而反馈电压是与转换电压相对应；脉冲宽 度调制电路用来依据控制信号以产生脉宽信号；感测电路用来感测负载的状态以产生感测 信号；以及补偿电路用来依据感测信号以补偿控制信号。附图说明图1为本专利技术一实施例的电流模式直流/直流降压转换器的示意图。图2A为图1所示的适应性电容元件的范例示意图。图2B为图2A所示的适应性电容元件于不同状态下其各开关元件的操作示意图。图2C为图1所示的适应性电容元件的另一实施例示意图。图3为图1所示的适应性电阻元件与电阻值控制电路的范例示意图。图4A为图1所示的降压转换器由轻载变重载的各阶段的系统响应范例示意图。图4B为图1所示的降压转换器由重载变轻载的各阶段的系统响应范例示意图。<table>table see original document page 4</column></row><table>具体实施例方式请参照图1，图1是本专利技术一实施例的电流模式直流/直流降压转换器(Current Mode DC/DC Buck Converter) 100的示意图。降压转换器100用于转换输入电压Vdd以 输出转换电压V。ut至负载105，包含有开关电路110、滤波器115、误差放大器120、脉冲宽度调制电路125、感测电路130与适应性补偿电路135。如图1所示，开关电路110是 由两晶体管开关元件Mp、Mn所组成；滤波器115则由电感L、电阻Resk与电容Q所组成； 脉冲宽度调制电路125包含有比较器1251、脉冲宽度调制控制电路1252、锯齿波产生器 (SawtoothGenerator) 1253与电压转电流转换器1254 ；感测电路130包含有电流感测电路 1301与电压转电流转换器1302 ；以及适应性补偿电路135包含有适应性电阻元件1351、电 阻值控制电路1352、适应性电容元件1353以及电容值控制电路1354。降压转换器100的 详细操作方式如下所述。首先，开关电路110接收输入电压VDD，并依据脉冲宽度调制电路125输出的脉宽信号，以决定是否输出输入电压Vdd至滤波器115。接着，滤波器115用来对开关电路110所 输出的输出信号(亦即输入电压Vdd)进行滤波，以产生转换电压V。ut至负载105上。为了 使转换电压V。ut能够符合所需的电压，降压转换器100会通过反馈的方式来控制开关电路 110，以调整转换电压V。ut。如图1所示，在反馈的路径上，误差放大器120接收参考电压V,ef与反馈电压Vfb 来产生控制信号VC1，详细来说，误差放大器120放大反馈电压Vfb与参考电压Vref间的误差 来产生控制信号VC1，反馈电压Vfb则由转换电压V。ut经由电阻礼、R2的分压而产生(亦即， 反馈电压Vfb与转换电压V。ut相对应)，而脉冲宽度调制电路125则依据控制信号VC1来产 生脉宽信号以控制开关电路110中开关元件Mp、Mn的开启/关闭(On/Off)状态。感测电路 130则感测降压转换器100的负载状态(例如检测负载105的电流)来产生感测信号SlMd， 而适应性补偿电路135会接收感测信号Sltjad并依据感测信号SlMd来适应性地补偿控制信 号VC115为了能够使降压转换器100在暂态时具有较快反应速度以及在稳态时具有极低频 的主极点，在本实施例中适应性补偿电路135将不使用一颗外接的大电容，而是使用电容 值控制电路1354来控制适应性电容元件1353的电容值大小，使得在暂态时具有较小的电 容值而在稳态时具有较大的电容值，以分别达到暂态时具有较快反应速度与稳态时具有极 低频主极点的功效。换句话说，本专利技术的降压转换器100在暂态时具有较大的频宽，以加快 反应速度；在稳态时具有较小的频宽，以增加系统的稳定性。请搭配参照图2A与图2B，图2A是图1所示的适应性电容元件1353的范例示 意图，图2B是图2A所示的适应性电容元件1353于不同状态下其各开关元件的操作示意 图。适应性电容元件1353包含具有固定小电容值Cm的电容13530、电压跟随器(Voltage Follower) 13531、具有多个晶体管M1-M6所组成的电流镜电路13532以及具有多个不同 开关元件S1 S4与T1 T4的开关电路13533。晶体管M1 M6的大小比例则标示于图2A 上；由图可知，通过设计晶体管M1 M6的大小比例以及利用电压跟随器13531，图1所示的 电容值控制电路1354可依据感测信号SlMd来控制开关元件S1 S4与T1 T4的开启/关 闭状态以动态地调整流进电容13530的电流量，等效上即可达到动态调整适应性电容元件 1353的电容值。举例来说，当感测信号Sltjad表示出降压转换器100由暂态切换至稳态(轻 载(Light Load)或重载(Heavy Load))时，电容值控制电路1354会关闭开关元件S1 S4 并开启T1 T4，所以，虽然流进适应性电容元件1353的电流量是101 XI，然此时流进电容 13530的电流量仅只有I，适应性电容元件1353等效上所具有的总电容值会是IOlXCm,是 故，实际上使用小电容13530即可达到在稳态时提供一大电容值使降压转换器100具有一 极低频的主极点且适应性电容元件1353亦可设置于芯片内部的功效，因此，不需额外的外接接脚。另外，例如，当感测信号SlMd表示出降压转换器100是由稳态切换至暂态(例如图 2B中所示的第一阶段暂态)时，电容值控制电路1354会关闭开关元件T1 T4并开启S1 S4，此时流进适应性电容元件1353的电流量仍是101 XI，然而流进电容13530的电流量却 有96X1本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种转换器，用于转换输入电压以输出转换电压至负载，该转换器包含：第一开关电路，接收该输入电压，用来依据脉宽信号以决定是否传送该输入电压，以输出输出信号；滤波器，耦接至该第一开关电路，用来对该输出信号进行滤波，以输出该转换电压至该负载；误差放大器，耦接至该滤波器，用来放大反馈电压与参考电压间的误差，以产生控制信号；其中，该反馈电压是与该转换电压相对应；脉冲宽度调制电路，耦接至该误差放大器，用来依据该控制信号以产生该脉宽信号；感测电路，用来感测该负载的状态，以产生感测信号；以及补偿电路，耦接于该误差放大器的输出端，用来依据该感测信号以补偿该控制信号。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈科宏，李昱辉，王士荣，谢俊禹，林盈熙，
申请(专利权)人：瑞昱半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]