專利名稱：電流模式直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流轉(zhuǎn)換器，且特別涉及一種電流模式控制的電流模式直流轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今的電子產(chǎn)品的電源供應(yīng)需求十分多樣化，而實(shí)際上的供電源通常只能提供少數(shù)幾個(gè)固定區(qū)間的電壓值，故具有升降壓功能的直流轉(zhuǎn)換器是電子產(chǎn)品運(yùn)作時(shí)所需的重要部件。請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖I為現(xiàn)有H型橋式轉(zhuǎn)換器的電路圖。H型橋式轉(zhuǎn)換器常見于現(xiàn)有的升降壓轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)中，且H型橋式轉(zhuǎn)換器包括電感L與四個(gè)開關(guān)SWl SW4，其中開關(guān)SWl耦接于電感L與輸入電壓VBAT之間，開關(guān)SW2、SW3分別耦接于電感L的兩端與接地端GND之間，而開關(guān)SW4則耦接于電感L的一端與輸出端之間。輸出端則耦接有一輸出電容C0UT。 H型橋式轉(zhuǎn)換器為直流對(duì)直流電壓轉(zhuǎn)換器(DC to DC converter)可以將輸入電壓VBAT轉(zhuǎn)換為輸出電壓V0UT。上述開關(guān)SWl SW4可由功率晶體管實(shí)現(xiàn)，而輸入電壓VBAT則可由電池提供。H型橋式轉(zhuǎn)換器的充放電路徑如圖I中的虛線所示，在充電過程中，充電路徑由導(dǎo)通的開關(guān)SW1、SW3形成，可以對(duì)電感L進(jìn)行充電。在放電過程中，放電路徑由導(dǎo)通的開關(guān)SW2、SW4形成，電感L中所儲(chǔ)存的電量會(huì)放電至輸出端以產(chǎn)生輸出電壓VOUT。依據(jù)伏秒平衡(inductor volt-second balance)定理，可導(dǎo)出平均輸出電流ILoad與電感電流IL (avg.)的關(guān)系式為IL(avg.) = ILoad/(I-D)，其中D為占空比。當(dāng)VBAT = V0UT，D為50%，故電感電流IL(avg.)為輸出電流ILoad的兩倍，而H型橋式轉(zhuǎn)換器的電感L的電流IL的波形如圖2所示，圖2繪示現(xiàn)有H型橋式轉(zhuǎn)換器的電感的電流的波形圖。由上述可知，H型橋式轉(zhuǎn)換器在每一個(gè)周期需要切換四個(gè)開關(guān)，開關(guān)的導(dǎo)通與關(guān)閉會(huì)產(chǎn)生功率損耗，而且當(dāng)占空比為50%時(shí)，電感電流是負(fù)載電流的兩倍，也會(huì)導(dǎo)致?lián)p失是升壓轉(zhuǎn)換器或降壓轉(zhuǎn)換器的四倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種電流模式直流轉(zhuǎn)換器，運(yùn)用電流模式控制來得到快速暫態(tài)反應(yīng)，并且運(yùn)用峰值電流控制(Peak current control)與谷值電流控制(Valley currentcontrol)來分別控制降壓模式(Buck mode)與升壓模式(Boost mode)的運(yùn)作。另外,本發(fā)明使用脈沖屏蔽(pulse skipping)技術(shù)來延長(zhǎng)電感充電或放電的時(shí)間以使電流模式直流轉(zhuǎn)換器順利進(jìn)行降壓與升壓模式間的切換。本發(fā)明還提出功率級(jí)能量跟蹤路徑，可以快速調(diào)變輸出電壓以符合后端系統(tǒng)的需求。本發(fā)明實(shí)施例提供一種電流模式直流轉(zhuǎn)換器，具有輸入端、輸出端與I禹接于輸出端的輸出電容。輸入端用于接收輸入電壓，而輸出端用于產(chǎn)生輸出電壓。電流模式直流轉(zhuǎn)換器包括電壓轉(zhuǎn)換器以及控制電路。電壓轉(zhuǎn)換器包括電感，而控制電路用于檢測(cè)通過電感的電流以決定電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至輸出端的能量。本發(fā)明實(shí)施例另提供一種直流轉(zhuǎn)換方法，用于利用電壓轉(zhuǎn)換器將電壓源的能量轉(zhuǎn)換至輸出端。直流轉(zhuǎn)換方法包括提供電壓源，且電壓源耦接至電壓轉(zhuǎn)換器。檢測(cè)通過電壓轉(zhuǎn)換器中電感的電流。以及根據(jù)所檢測(cè)到的電流決定電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至輸出端的能量。綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所提供的電流模式直流轉(zhuǎn)換器及直流轉(zhuǎn)換方法可得到快速暫態(tài)反應(yīng)，且在快速的向下跟蹤過程時(shí)，多余的能量可續(xù)存回電壓源。為能更進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)參閱以下有關(guān)本發(fā)明的詳細(xì)說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅用來說明本發(fā)明，而非對(duì)本發(fā)明的權(quán)利范圍作任何的限制。


圖I為現(xiàn)有H型橋式轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖2為現(xiàn)有H型橋式轉(zhuǎn)換器的電感的電流的波形圖。圖3為本發(fā)明實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。圖4A及4B為本發(fā)明實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器操作在上跟蹤以及下跟蹤步驟的示意圖。圖5為本發(fā)明實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。圖6為本發(fā)明實(shí)施例的模式判斷電路的電路圖。圖7為本發(fā)明實(shí)施例的補(bǔ)償電路的電路圖。圖8為本發(fā)明實(shí)施例的決策電路的電路圖。圖9A及9B為本發(fā)明實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器在降壓模式以及升壓模式分別運(yùn)用峰值電流控制及谷值電流控制的波形圖。其中，附圖標(biāo)記說明如下I H型橋式升降壓轉(zhuǎn)換器300 電流模式直流轉(zhuǎn)換器310:電壓轉(zhuǎn)換器320 :控制單元330 :負(fù)載IN :輸入端OUT:輸出端CBAT :輸入電容COUT :輸出電容GND:接地端L 電感SWl SW4、Ml M6 :開關(guān)320 :控制單元501 :模式判斷電路502 電流檢測(cè)電路503 反饋電路504:補(bǔ)償電路505:決策電路506:驅(qū)動(dòng)電路507:時(shí)脈產(chǎn)生器508:最大功率選擇電路509:主要控制電路510:次要控制電路512:第一計(jì)數(shù)器513:第二計(jì)數(shù)器514:第一占空比檢測(cè)器
、
515:第二占空比檢測(cè)器516:鎖存器511 :解碼器517 :第一反饋放大器518 :第二反饋放大器519 :雙模式補(bǔ)償器
Rl RlO 電阻RCON :控制電阻M7 M22 晶體管CA 電容520:電壓轉(zhuǎn)電流介面521 :第一比較器522:第二比較器523、524:加法器
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參照?qǐng)D3，圖3為本發(fā)明實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器的電路示意圖。電流模式直流轉(zhuǎn)換器300用于將輸入電壓VBAT轉(zhuǎn)換為輸出電壓VOUT以提供給負(fù)載330使用，其中電流模式直流轉(zhuǎn)換器300包括電壓轉(zhuǎn)換器310與控制電路，其中控制電路包括開關(guān)Ml、M2與控制單元320。電壓轉(zhuǎn)換器310包括開關(guān)M3 M6、電感L與輸出電容C0UT。 電壓轉(zhuǎn)換器310的輸入端IN用于接收輸入電壓VBAT，并連接有一輸入電容CBAT。電壓轉(zhuǎn)換器310的輸出端OUT用于產(chǎn)生輸出電壓V0UT。開關(guān)M3耦接于輸入端IN與電感L的第一端Tl之間，而開關(guān)M4則耦接于電感L的第一端Tl與接地端GND之間。開關(guān)M5耦接于電感L的第二端T2與接地端GND之間，而開關(guān)M6耦接于電感L的第二端T2與輸出端OUT之間。開關(guān)Ml耦接于輸入端IN與電感L的第二端T2之間，而開關(guān)M2耦接于電感L的第一端Tl與輸出端OUT之間。控制單元320耦接于電感L的兩端Tl、T2，根據(jù)通過電感L的電流、輸出電壓VOUT與系統(tǒng)控制電壓VCON輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)SWA SWF至開關(guān)Ml M6以導(dǎo)通或關(guān)閉開關(guān)Ml M6?？刂茊卧?20會(huì)根據(jù)電感L兩端T1、T2的電壓LX1、LX2檢測(cè)通過電感L的電流，并且據(jù)以調(diào)整輸出端OUT的能量(輸出電壓V0UT)。值得注意的是，上述開關(guān)Ml M6可由功率晶體管實(shí)現(xiàn)，而系統(tǒng)控制電壓VCON則是用來指示后端系統(tǒng)的負(fù)載330的功率需求，例如待機(jī)模式或工作模式的切換。在工作模式中，后端系統(tǒng)會(huì)要求電流模式直流轉(zhuǎn)換器300將輸出電壓VOUT提高至工作電壓，而在待機(jī)模式中，后端系統(tǒng)會(huì)要求電流模式直流轉(zhuǎn)換器300將輸出電壓VOUT降低至待機(jī)電壓。一般而言，工作電壓大于輸入電壓VBAT，而待機(jī)電壓會(huì)小于輸入電壓VBAT。當(dāng)接收到系統(tǒng)控制電壓VCON指示進(jìn)行模式的切換時(shí)，控制電路會(huì)提供功率級(jí)能量跟蹤路徑以快速調(diào)變輸出電壓以符合后端系統(tǒng)的需求。舉例來說，當(dāng)系統(tǒng)控制電壓VCON(例如由高電位轉(zhuǎn)換為低電位)要求由待機(jī)模式切換至工作模式時(shí)，也就是要求輸出電壓VOUT由待機(jī)電壓升高至工作電壓時(shí)，控制電路會(huì)執(zhí)行一上跟蹤步驟。為了實(shí)現(xiàn)一個(gè)快速參考的跟蹤速度，需要大電流充電至輸出電容COUT。在充電過程中，必須進(jìn)行充電電流限制與最大電流限制以避免浪涌電流并實(shí)現(xiàn)快速充電的速度。請(qǐng)參照?qǐng)D4A，圖4A為本實(shí)施例的上跟蹤步驟示意圖。此上跟蹤步驟包括下列步驟(步驟一)使電壓轉(zhuǎn)換器310操作在一降壓模式并且導(dǎo)通開關(guān)Ml，使輸入電壓VBAT直接對(duì)輸出電容COUT充電直到輸出電壓VOUT大于輸入電壓；以及(步驟二)當(dāng)輸出電壓VOUT大于輸入電壓VBAT時(shí)，使電壓轉(zhuǎn)換器300操作在一升壓模式并且關(guān)閉開關(guān)Ml與開關(guān)M2以繼續(xù)提高輸出電壓VOUT至工作電壓。值得注意的是，在上述降壓模式中，控制單元320使開關(guān)M6導(dǎo)通，開關(guān)M5關(guān)閉，以及控制開關(guān)M3、M4以使電壓轉(zhuǎn)換器310的操作類似降壓電路一般。反之，在上述升壓模式中，控制單元320使開關(guān)M3導(dǎo)通，開關(guān)M4關(guān)閉，以及控制開關(guān)M5、M5以使電壓轉(zhuǎn)換器310的操作類似升壓電路一般。開關(guān)M1、M2則是在進(jìn)行待機(jī)模式與工作模式的切換時(shí)才會(huì)對(duì)應(yīng)導(dǎo)通，平時(shí)開關(guān)M1、M2則是處于關(guān)閉的狀態(tài)。在經(jīng)由上述實(shí)施例的說明后，本技術(shù)領(lǐng)域具有通常知識(shí)者應(yīng)可推知其實(shí)施方式，在此不加贅述。當(dāng)系統(tǒng)控制電壓VCON((例如由低電位轉(zhuǎn)換為高電位元))要求由工作模式切換至待機(jī)模式時(shí)，也就是要求輸出電壓VOUT由工作電壓降低至待機(jī)電壓時(shí)，控制電路會(huì)執(zhí)行一下跟蹤步驟以加速 將輸出電壓VOUT降低至待機(jī)電壓。請(qǐng)參照?qǐng)D4B，圖4B為本實(shí)施例的下跟蹤步驟示意圖。此下跟蹤步驟包括下列步驟(步驟一)導(dǎo)通開關(guān)Ml與開關(guān)M2，使輸出電容COUT所儲(chǔ)存的電力回傳至輸入端IN并且控制開關(guān)M4，使電感L對(duì)輸入端IN放電直到輸出電壓VBAT小于輸入電壓VOUT ;以及(步驟二)當(dāng)輸出電壓VOUT小于輸入電壓VBAT時(shí)，控制開關(guān)M5,使輸出電壓VOUT對(duì)電感L充電與將電力傳送至輸出端OUT直到輸出電壓VOUT達(dá)到待機(jī)電壓。在步驟一中，開關(guān)M3、M6關(guān)閉，而開關(guān)M1、M2總是導(dǎo)通，由開關(guān)M4決定充放電電流以提供由輸出電容COUT至輸入端IN的最大放電電流。換言之，就電路角度來看，從輸出端OUT看電壓轉(zhuǎn)換器310，其操作類似一個(gè)降壓電路。在步驟二中，從輸出端OUT看電壓轉(zhuǎn)換器310，其操作類似一個(gè)升壓電路，由開關(guān)M5決定電感L的充放電電流，直到輸出電壓VOUT接近理想值以實(shí)現(xiàn)快速向下跟蹤。另外，開關(guān)M1、M2不僅可以加快暫態(tài)反應(yīng)時(shí)間，且能在向下跟蹤過程時(shí)，將多余的能量續(xù)存(Recycle)回輸入端IN。若輸入端IN所耦接的電壓源為二次電池，則回傳的電力可以直接用來對(duì)二次電池充電。經(jīng)由上述說明可知，本實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器300可以在負(fù)載的工作模式切換時(shí)，快速達(dá)到調(diào)變輸出電壓VOUT的效果。接下來，說明本實(shí)施例在暫態(tài)時(shí)的電路操作方式，本實(shí)施例使用電流控制模式來得到快速暫態(tài)反應(yīng)，并且因?yàn)殡娏骺刂颇Ｊ?，可以使用?nèi)嵌式系統(tǒng)補(bǔ)償以減少輸出腳位。請(qǐng)參照?qǐng)D5，圖5為本實(shí)施例的電流模式直流轉(zhuǎn)換器的電路圖。控制單元320會(huì)檢測(cè)通過電感L的電流以產(chǎn)生一電流信號(hào)Vs，并將其與斜率補(bǔ)償信號(hào)(升壓補(bǔ)償電流Iboost與降壓補(bǔ)償電流Ibuck)相加以得到總和信號(hào)(未圖示)。總和信號(hào)與反饋放大器5231所產(chǎn)生的反饋信號(hào)VEA相比產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于降壓模式的第一控制信號(hào)VBU與對(duì)應(yīng)于升壓模式的第二控制信號(hào)VBT。然后，控制單元320會(huì)根據(jù)第一控制信號(hào)VBU與第二控制信號(hào)VBT調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號(hào)SWA SWF的占空比以決定一個(gè)周期充放能量的時(shí)間。當(dāng)輸入電壓VBAT遠(yuǎn)大于輸出電壓VOUT時(shí)，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300是操作在升壓模式下，此時(shí)控制單元320會(huì)根據(jù)總和信號(hào)的谷值與反饋信號(hào)VEA的比較結(jié)果來控制開關(guān)M5、M6的占空比(此時(shí)開關(guān)M3維持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)M4維持關(guān)閉狀態(tài))。當(dāng)輸入電壓VBAT遠(yuǎn)小于輸出電壓VOUT時(shí)，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300是操作降壓模式下，此時(shí)控制單元320會(huì)根據(jù)總和信號(hào)的峰值與反饋信號(hào)VEA的比較結(jié)果來控制開關(guān)M3、M4的占空比(此時(shí)開關(guān)M6維持導(dǎo)通狀態(tài)，開關(guān)M5維持關(guān)閉狀態(tài))。當(dāng)輸入電壓VBAT與輸出電壓VOUT相近時(shí)，控制單元320會(huì)利用脈沖屏蔽技術(shù)使升壓模式與降壓模式順利過渡。在升壓模式下，控制單元320會(huì)延長(zhǎng)電感L的放電時(shí)間，讓電壓轉(zhuǎn)換器310順利由升壓模式切換至降壓模式。在降壓模式下，控制單元320會(huì)延長(zhǎng)電感的充電時(shí)間，讓電壓轉(zhuǎn)換器310順利由降壓模式切換至升壓模式。延長(zhǎng)的時(shí)間可由時(shí)脈決定，例如預(yù)設(shè)延長(zhǎng)數(shù)個(gè)周期以完成升壓模式與降壓模式之間的過渡。這樣的操作方式可以避免因?yàn)閭鞑パ舆t與開關(guān)噪聲因素導(dǎo)致無法決定出最大與最低占空比，使占空比在降壓和升壓操作中無法達(dá)到100%與0%的問題。 接下來，請(qǐng)參照?qǐng)D5，進(jìn)一步說明控制單元320的電路細(xì)節(jié)，控制單元320包括模式檢測(cè)電路501、電流檢測(cè)電路502、反饋電路503、補(bǔ)償電路504、決策電路505、驅(qū)動(dòng)電路506以及時(shí)脈產(chǎn)生器507?？刂茊卧?20用于控制開關(guān)Ml M6，且控制單元320根據(jù)電感L兩端Tl及T2的電壓LXl以及LX2判斷電壓轉(zhuǎn)換器310是操作于升壓模式或降壓模式，并根據(jù)電壓轉(zhuǎn)換器310的工作模式與輸出電壓VOUT調(diào)整對(duì)應(yīng)于降壓模式的第一控制信號(hào)VBU與對(duì)應(yīng)于升壓模式的第二控制信號(hào)VBT?？刂茊卧?20根據(jù)第一控制信號(hào)VBU控制開關(guān)M3與開關(guān)M4 ;控制單元320根據(jù)第二控制信號(hào)VBT控制開關(guān)M5與開關(guān)M6。須要注意的是，本實(shí)施例中的控制單元320僅用于幫助說明，并非用于限定本發(fā)明。再參照?qǐng)D5，模式判斷電路501根據(jù)電感L兩端Tl以及T2的電壓LXl以及LX2產(chǎn)生一模式信號(hào)VBB以表不電流模式直流轉(zhuǎn)換器300是操作于升壓模式或降壓模式。模式判斷電路501的實(shí)施方式請(qǐng)參照?qǐng)D6，圖6為本發(fā)明實(shí)施例的模式檢測(cè)電路的電路圖。模式判斷電路501包括主要控制電路509、次要控制電路510以及解碼器511。模式判斷電路501根據(jù)模式信號(hào)VBB、控制信號(hào)SWC以及控制信號(hào)SWF產(chǎn)生模式信號(hào)VBB，并據(jù)此判斷該電流模式直流轉(zhuǎn)換器300操作于降壓模式或升壓模式。在當(dāng)輸入電壓VBAT與輸出電壓VOUT有劇烈變化時(shí)，主要控制電路509藉由比較電感L兩端的電壓LXl以及LX2作為主要判斷機(jī) 制。當(dāng)LXl遠(yuǎn)高于LX2時(shí)，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300工作在降壓模式。相反地，當(dāng)LXl遠(yuǎn)低于LX2時(shí)，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300工作在升壓模式。主要控制電路509只有在當(dāng)開關(guān)M3和開關(guān)M6導(dǎo)通時(shí)比較LXl與LX2，而且電路架構(gòu)采用推挽式輸出，當(dāng)LXl高于LX2時(shí)，輸出的邏輯Dl為高電壓位準(zhǔn)(High)。相反地，當(dāng)LXl低于LX2時(shí)邏輯Dl為低電壓位準(zhǔn)(Low)。再參照?qǐng)D6，然而，當(dāng)輸入電壓VBAT與輸出電壓VOUT相近時(shí)，次要控制電路510采用脈沖屏蔽作為次要的判斷模式機(jī)制。次要控制電路510包括數(shù)個(gè)基本數(shù)位邏輯閘、第一計(jì)數(shù)器512、第二計(jì)數(shù)器513、第一占空比檢測(cè)器514、第二占空比檢測(cè)器515以及鎖存器516。在降壓模式下，第一占空比檢測(cè)器514檢測(cè)占空比是否大于第一預(yù)設(shè)值(例如90%),若占空比大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，則第一計(jì)數(shù)器512將計(jì)算有多少個(gè)時(shí)脈(或脈沖)Clk發(fā)生，當(dāng)時(shí)脈Clk達(dá)到預(yù)定個(gè)數(shù)時(shí)(例如脈沖屏蔽個(gè)數(shù)設(shè)定為5個(gè)，預(yù)定值為5)，第一計(jì)數(shù)器512產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給鎖存器516。據(jù)此，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300依據(jù)解碼器5111輸出的模式信號(hào)VBB切換到升壓模式。同樣地，在升壓模式下，第二占空比檢測(cè)器515檢測(cè)占空比是否低于第二預(yù)設(shè)值(例如10% )，若占空比低于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，則第二計(jì)數(shù)器513將計(jì)算有多少個(gè)時(shí)脈Clk發(fā)生，當(dāng)時(shí)脈Clk個(gè)數(shù)達(dá)到預(yù)定值時(shí)(例如預(yù)定值為5)，第二計(jì)數(shù)器513產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號(hào)給鎖存器516。據(jù)此，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300依據(jù)解碼器511輸出的模式信號(hào)VBB切換到降壓模式。換句話說，當(dāng)電流模式直流轉(zhuǎn)換器300操作在降壓模式中且第一控制信號(hào)VBU的占空比大于第一預(yù)設(shè)值時(shí)，控制單元320延長(zhǎng)開關(guān)M3的導(dǎo)通時(shí)間以延長(zhǎng)電感L的充電時(shí)間，然后使電壓轉(zhuǎn)換器310由降壓模式切換至升壓模式；當(dāng)電流模式直流轉(zhuǎn)換器300操作在升壓模式中，第二控制信號(hào)VBT的占空比小于第二預(yù)設(shè)值時(shí)，控制單元320延長(zhǎng)開關(guān)M5的關(guān)閉時(shí)間以延長(zhǎng)電感L的放電時(shí)間，然后使電壓轉(zhuǎn)換器310由升壓模式切換至降壓模式。由于傳播延遲與開關(guān)噪聲因素導(dǎo)致無法決定出最大與最低占空比，使占空比在降壓和升壓操作無法達(dá)到100%或0%，因此，傳統(tǒng)的升降壓電流模式轉(zhuǎn)換器大多使用緩沖級(jí)，使運(yùn)作模式切換之間插入降壓和升壓的操作，以減少輸出紋波(Ripple)。但是增加開關(guān)次數(shù)所造成的開關(guān)功率損耗增加，往往影響整流效率，使能量轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步惡化，并可能降低電池的壽命。采用脈沖屏蔽來判斷模式切換的特點(diǎn)是，當(dāng)電壓源VBAT接近VOUT時(shí)，若連續(xù)計(jì)數(shù)的脈沖屏蔽次數(shù)達(dá)到預(yù)定值，則原本的模式才發(fā)生轉(zhuǎn)變，如此，減少了開關(guān)次數(shù)而提高了功率轉(zhuǎn)換效率，且能降低升降壓模式切換的誤判機(jī)率。再參照?qǐng)D5，電流檢測(cè)電路502用于檢測(cè)電感L兩端的電壓LXl以及LX2，并且依據(jù)LXl以及LX2的差輸出電流信號(hào)Vs至決策電路505。而且電流信號(hào)Vs代表流過電感L的電流，故電流檢測(cè)信號(hào)Vs與電感L兩端的電壓差(LXl與LX2的差)成正比。當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器5是操作在降壓模式時(shí)，決策電路505根據(jù)總和信號(hào)(為電流信號(hào)Vs與斜率補(bǔ)償信號(hào)的和)的峰值調(diào)整第一控制信號(hào)VBU的降壓占空比；當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器310是處于升壓模式時(shí)，決策電路505根據(jù)總和信號(hào)的谷值調(diào)整第二控制信號(hào)VBT的升壓占空比。再參照?qǐng)D5，反饋電路503用于將輸出電壓VOUT反饋而產(chǎn)生反饋信號(hào)VEA以及觸發(fā)信號(hào)VTR。反饋電路503包括電阻R1、電阻R2、電阻RC0N、第一反饋放大器517、第二反饋放大器518以及雙模式補(bǔ)償器519。電阻Rl的第一端耦接至輸出端0UT，電阻R2的第一 端耦接至電阻Rl的第二端，而電阻R2的第二端耦接至接地端GND。電阻RCON的第一端耦接至電阻Rl的第二端以及電阻R2的第一端，電阻RCON的第二端耦接至外部(未圖示)的系統(tǒng)控制電壓VC0N。系統(tǒng)控制電壓VCON通過電阻RCON控制第一電阻Rl以及第二電阻R2的分壓VFB的值。第一反饋放大器517以及第二反饋放大器518皆接收分壓VFB以及一個(gè)預(yù)定的參考電壓VREF，而分別輸出反饋信號(hào)VEA以及觸發(fā)信號(hào)VTR。第一反饋放大器517將反饋信號(hào)VEA傳送至決策電路505，而第二反饋放大器518將觸發(fā)電壓VTR傳送至驅(qū)動(dòng)電路506。此外，雙模式補(bǔ)償器519是基于電流模式直流轉(zhuǎn)換器300應(yīng)用于不同產(chǎn)品的需要，雙模式補(bǔ)償器519用于調(diào)整第一反饋放大器517所產(chǎn)生的反饋信號(hào)VEA而改變?cè)撾娏髂Ｊ街绷鬓D(zhuǎn)換器300的閉回路頻寬，以確保電流模式直流轉(zhuǎn)換器300可工作在較寬的頻寬。補(bǔ)償電路504用于依據(jù)輸入電壓VBAT以及輸出電壓VOUT而產(chǎn)生降壓補(bǔ)償信號(hào)Ibuck以及升壓補(bǔ)償信號(hào)Iboost輸出至決策電路505，并作為決策電路505決定第一控制信號(hào)VBU以及第二控制信號(hào)VBT的依據(jù)。如此，電流模式直流轉(zhuǎn)換器300的占空比將被決定。補(bǔ)償電路504的實(shí)施方式可以如圖7所示，圖7為本發(fā)明實(shí)施例的補(bǔ)償電路的電路圖。補(bǔ)償電路504由晶體管M13 M22、數(shù)個(gè)放大器、電阻R4 R8、電容CA以及兩個(gè)傳輸閘(transmission gate)所組成。再參照?qǐng)D5，決策電路505依據(jù)電流檢測(cè)信號(hào)Vs、降壓補(bǔ)償信號(hào)Ibuck以及升壓補(bǔ)償信號(hào)Iboost，而產(chǎn)生第一控制信號(hào)VBU以及第二控制信號(hào)VBT傳送至驅(qū)動(dòng)電路506。而實(shí)施方式可以如圖8所示，圖8為本發(fā)明實(shí)施例的決策電路的電路圖。決策電路505包括電壓轉(zhuǎn)電流介面520、第一比較器521、第二比較器522、加法器523、加法器524以及電阻R9、R10。請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D8及圖9，圖9A為本發(fā)明實(shí)施例的脈沖屏蔽技術(shù)在降壓模式運(yùn)用峰值電流控制的波形圖。斜率補(bǔ)償信號(hào)VCOM與電流檢測(cè)信號(hào)Vs相加而產(chǎn)生總和信號(hào)(在此為Vsuml),而此總和信號(hào)由電壓轉(zhuǎn)電流介面520、加法器523以及第一比較器521的架構(gòu)來完成，其中斜率補(bǔ)償信號(hào)VCOM代表圖8中的降壓補(bǔ)償信號(hào)Ibuck的電壓形式。第一比較器521將總和信號(hào)與反饋信號(hào)VEA相比較，在時(shí)脈Clk發(fā)生時(shí)，若總和信號(hào)高于反饋信號(hào)VEA，則跳過此時(shí)脈Clk。換句話說，第一控制信號(hào)VBU的狀態(tài)原本應(yīng)該在時(shí)脈Clk產(chǎn)生時(shí)改變，但因跳過一個(gè)時(shí)脈而被延長(zhǎng)原本的狀態(tài)。請(qǐng)?jiān)偻瑫r(shí)參照?qǐng)D8及圖9，圖9B為本發(fā)明實(shí)施例的脈沖屏蔽技術(shù)在升壓模式運(yùn)用谷值電流控制的波形圖。斜率補(bǔ)償信號(hào)VCOM與電流檢測(cè)信號(hào)Vs相加產(chǎn)生總和信號(hào)(在此為Vsum2)，而總和信號(hào)由電壓轉(zhuǎn)電流介面520、加法器523以及第二比較器522的架構(gòu)來完成，其中斜率補(bǔ)償信號(hào)VCOM代表圖8中的升壓補(bǔ)償信號(hào)Iboost的電壓形式。第二比較器522將總和信號(hào)與反饋信號(hào)VEA相比較，在時(shí)脈Clk發(fā)生時(shí)，若總和信號(hào)低于反饋信號(hào)VEA，則跳過此時(shí)脈Clk而縮短升壓占空比。換句話說，第二控制信號(hào)VBT原本應(yīng)該在時(shí)脈Clk產(chǎn)生時(shí)改變，但因跳過一個(gè)時(shí)脈Clk而被延長(zhǎng)原本的狀態(tài)。驅(qū)動(dòng)電路506依據(jù)模式信號(hào)VBB、第一控制信號(hào)VBU、第二控制信號(hào)VBT以及觸發(fā)電壓VTR，而使電流模式直流轉(zhuǎn)換器300操作在升壓模式或降壓模式。且驅(qū)動(dòng)電路506輸出控制信號(hào)SWA SWF至開關(guān)Ml M6的閘極。需要注意的是，降壓模式有一個(gè)依據(jù)第一控制信號(hào)VBU而得到對(duì)應(yīng)的降壓占空比，升壓模式有一個(gè)依據(jù)第二控制信號(hào)VBT而得到對(duì)應(yīng) 的升壓占空比。時(shí)脈產(chǎn)生器507用于產(chǎn)生電流模式直流轉(zhuǎn)換器300工作時(shí)所需要的時(shí)脈Clk，并將時(shí)脈Clk傳送至模式判斷電路501、補(bǔ)償電路504以及驅(qū)動(dòng)電路506。在本實(shí)施例中，時(shí)脈Clk的頻率為5MHz。此外，控制單元320還可以包括最大功率選擇電路508，耦接于驅(qū)動(dòng)電路506，用于將輸入電壓VBAT以及輸出電壓VOUT 二者中較大者藉由驅(qū)動(dòng)電壓Vdrive輸出至驅(qū)動(dòng)電路506，據(jù)此提供驅(qū)動(dòng)電路506較大的功率。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，上述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器運(yùn)用電流模式控制，來得到快速暫態(tài)反應(yīng)，且因?yàn)殡娏髂Ｊ蕉梢允褂脙?nèi)嵌式系統(tǒng)補(bǔ)償，以減少輸出腳位。電流模式直流轉(zhuǎn)換器還分別運(yùn)用峰值電流控制與谷值電流控制于降壓模式與升壓模式。此外，使用脈沖屏蔽技術(shù)來延長(zhǎng)有效占空比，不需像傳統(tǒng)做法須定義出升降壓區(qū)間(Buck-Boost mode)。而且可以快速調(diào)變輸出端的電壓以符合后端系統(tǒng)的需求。且在快速的向下跟蹤步驟時(shí)，多余的能量可續(xù)存回電壓源。最后，在穩(wěn)態(tài)時(shí)，同一周期內(nèi)只工作在降壓或升壓模式，能夠減少開關(guān)與導(dǎo)通損失。以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，其并非用于局限本發(fā)明的專利范圍。
權(quán)利要求
1.一種電流模式直流轉(zhuǎn)換器,具有一輸入端、一輸出端與I禹接于該輸出端的一輸出電容，該輸入端用于接收一輸入電壓，該輸出端用于產(chǎn)生一輸出電壓，其特征在于，該電流模式直流轉(zhuǎn)換器包括 一電壓轉(zhuǎn)換器，包括一電感；以及 一控制電路，用于檢測(cè)通過該電感的電流以決定該電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至該輸出端的能量。
2.如權(quán)利要求I所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制電路包括 一第一開關(guān)，稱接于該輸入端與該電感的一第一端；以及 一第二開關(guān)，耦接于該輸出端與該電感的一第二端； 其中，該控制電路根據(jù)一系統(tǒng)控制電壓控制該第一開關(guān)與該第二開關(guān)，使該輸出電壓由一待機(jī)電壓升高至一工作電壓或由該工作電壓降低至該待機(jī)電壓，其中該待機(jī)電壓小于該輸入電壓，該工作電壓大于該輸入電壓，該系統(tǒng)控制電壓用于指示一負(fù)載功率需求。
3.如權(quán)利要求2所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)該輸出電壓由該待機(jī)電壓升高至該工作電壓時(shí)，該控制電路執(zhí)行一上跟蹤步驟，該上跟蹤步驟包括下列步驟 使該電壓轉(zhuǎn)換器操作在一降壓模式并且導(dǎo)通該第一開關(guān)，使該輸入電壓直接對(duì)該輸出電容充電直到該輸出電壓大于該輸入電壓；以及 當(dāng)該輸出電壓大于該輸入電壓時(shí)，使該電壓轉(zhuǎn)換器操作在一升壓模式并且關(guān)閉該第一開關(guān)與該第二開關(guān)以繼續(xù)提高該輸出電壓至該工作電壓。
4.如權(quán)利要求2所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制電路還包括 一第三開關(guān)，耦接于該電感的該第一端與一接地端之間；以及 一第四開關(guān)，耦接于該電感的該第二端與該接地端之間； 其中，當(dāng)該輸出電壓由該工作電壓降低至該待機(jī)電壓時(shí)，該控制電路執(zhí)行一下跟蹤步驟，該下跟蹤步驟包括下列步驟 導(dǎo)通該第一開關(guān)與該第二開關(guān)，使該輸出電容所儲(chǔ)存的電力回傳至該輸入端并且控制該第三開關(guān)，使該電感對(duì)該輸入端放電直到該輸出電壓小于該輸入電壓；以及 當(dāng)該輸出電壓小于該輸入電壓時(shí)，控制該第四開關(guān)，使該輸出電壓對(duì)該電感充電與將電力傳送至該輸出端直到該輸出電壓達(dá)到該待機(jī)電壓。
5.如權(quán)利要求2所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該電壓轉(zhuǎn)換器包括 一第三開關(guān)，耦接于該輸入端與該電感的該第一端之間； 一第四開關(guān)，耦接于該電感的該第一端與一接地端之間； 一第五開關(guān)，耦接于該電感的該第二端與該接地端之間；以及 一第六開關(guān)，耦接該電感的該第二端與該輸出端之間。
6.如權(quán)利要求5所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制電路還包括 一控制單元，用于控制上述第一至第六開關(guān)，其中該控制單元根據(jù)該電感兩端的電壓判斷該電壓轉(zhuǎn)換器是操作于一升壓模式或一降壓模式，并根據(jù)該電壓轉(zhuǎn)換器的工作模式與該輸出電壓調(diào)整對(duì)應(yīng)于該降壓模式的一第一控制信號(hào)與對(duì)應(yīng)于該升壓模式的一第二控制信號(hào)。
7.如權(quán)利要求6所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制單元根據(jù)該第一控制信號(hào)控制該第三開關(guān)與該第四開關(guān)；該控制單元根據(jù)該第二控制信號(hào)控制該第五開關(guān)與該第六開關(guān)。
8.如權(quán)利要求6所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制單元根據(jù)該電感兩端的電壓檢測(cè)通過該電感的電流以產(chǎn)生一電流信號(hào)，然后根據(jù)該電流信號(hào)與斜率補(bǔ)償信號(hào)產(chǎn)生一總和信號(hào)，其中當(dāng)該電壓轉(zhuǎn)換器是操作在該降壓模式時(shí)，該控制單元根據(jù)該總和信號(hào)的峰值調(diào)整該第一控制信號(hào)的占空比；當(dāng)該電壓轉(zhuǎn)換器是處于該升壓模式時(shí)，該控制單元根據(jù)該總和信號(hào)的谷值調(diào)整該第二控制信號(hào)的占空比。
9.如權(quán)利要求7所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，當(dāng)該電流模式直流轉(zhuǎn)換器操作在該降壓模式中且該第一控制信號(hào)的占空比大于一第一預(yù)設(shè)值時(shí)，該控制單元延長(zhǎng)該第三開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間以延長(zhǎng)該電感的充電時(shí)間，然后使該電壓轉(zhuǎn)換器由該降壓模式切換至該升壓模式；當(dāng)該電流模式直流轉(zhuǎn)換器操作在該升壓模式中該第二控制信號(hào)的占空比小于一第二預(yù)設(shè)值時(shí)，該控制單元延長(zhǎng)該第五開關(guān)的關(guān)閉時(shí)間以延長(zhǎng)該電感的放電時(shí)間，然后使該電壓轉(zhuǎn)換器由該升壓模式切換至該降壓模式。
10.如權(quán)利要求6所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制單元包括 一模式判斷電路，根據(jù)該電感兩端的電壓產(chǎn)生一模式信號(hào)以表不該電流模式直流轉(zhuǎn)換器是操作于該升壓模式或該降壓模式； 一電流檢測(cè)電路，耦接于該電感的兩端與該模式判斷單元，用于產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于通過該電感的電流的一電流信號(hào)； 一反饋電路，耦接于該輸出端，根據(jù)該輸出電壓與一系統(tǒng)控制電壓產(chǎn)生一反饋信號(hào)，其中該系統(tǒng)控制電壓用于指示一負(fù)載功率需求； 一補(bǔ)償電路，產(chǎn)生一升壓補(bǔ)償電流與一降壓補(bǔ)償電流； 一決策電路，根據(jù)該電流信號(hào)、該升壓補(bǔ)償電流與該降壓補(bǔ)償電流產(chǎn)生一總和信號(hào)，根據(jù)該總和信號(hào)與該反饋信號(hào)產(chǎn)生該第一控制信號(hào)與該第二控制信號(hào)；以及 一驅(qū)動(dòng)電路，根據(jù)該第一控制信號(hào)、該第二控制信號(hào)、該模式信號(hào)以及該反饋信號(hào)，控制該第一至第六開關(guān)。
11.如權(quán)利要求10所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制單元還包括 一最大功率選擇電路，稱接于該驅(qū)動(dòng)電路，用于自該輸入電壓與該輸出電壓中選擇一較大功率者以供電至該驅(qū)動(dòng)電路。
12.如權(quán)利要求10所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該模式判斷電路根據(jù)該模式信號(hào)、該第三開關(guān)的控制端的電壓以及該第六開關(guān)的控制端的電壓產(chǎn)生該模式信號(hào)，并據(jù)此判斷該電流模式直流轉(zhuǎn)換器操作于該降壓模式或該升壓模式。
13.如權(quán)利要求10所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該反饋電路包括 一第一電阻，該第一電阻的一第一端稱接至該輸出端； 一第二電阻，該第二電阻的一第一端稱接至該第一電阻的一第二端，該第二電阻的一第二端耦接至該接地端；以及 一控制電阻，該控制電阻的一第一端耦接至該第一電阻的該第二端以及該第二電阻的該第一端，該控制電阻的一第二端接收該系統(tǒng)控制電壓； 一第一反饋放大器，接收該第一電阻以及該第二電組的分壓與一參考電壓，并輸出該反饋信號(hào)至該決策電路；以及 一第二反饋放大器，接收該第一電阻以及該第二電組的分壓與該參考電壓，并輸出該反饋信號(hào)至該驅(qū)動(dòng)電路。
14.如權(quán)利要求13所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該反饋電路還包括一雙模式補(bǔ)償器，用于調(diào)整該第一反饋放大器所產(chǎn)生的該反饋信號(hào)而改變?cè)撾娏髂Ｊ街绷鬓D(zhuǎn)換器的閉回路頻寬。
15.如權(quán)利要求10所述的電流模式直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該控制單元還包括一時(shí)脈產(chǎn)生器用于產(chǎn)生一工作時(shí)脈，該工作時(shí)脈傳送至該模式判斷電路、該驅(qū)動(dòng)電路、該電流檢測(cè)電路以及該補(bǔ)償電路。
16.—種直流轉(zhuǎn)換方法,用于利用一電壓轉(zhuǎn)換器將一電壓源的能量轉(zhuǎn)換至一輸出端,其特征在于，該方法包括 提供一電壓源，耦接至該電壓轉(zhuǎn)換器； 檢測(cè)通過該電壓轉(zhuǎn)換器中一電感的電流；以及 根據(jù)所檢測(cè)到的電流決定該電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至該輸出端的能量。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種電流模式直流轉(zhuǎn)換器，具有輸入端、輸出端與耦接于輸出端的輸出電容。輸入端用于接收輸入電壓，而輸出端用于產(chǎn)生輸出電壓。電流模式直流轉(zhuǎn)換器包括電壓轉(zhuǎn)換器以及控制電路。電壓轉(zhuǎn)換器包括電感，而控制電路用于檢測(cè)通過電感的電流以決定電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換至輸出端的能量。據(jù)此，所述電流模式直流轉(zhuǎn)換器可得到快速暫態(tài)反應(yīng)，且運(yùn)作在快速的下跟蹤過程時(shí)，多余的能量可續(xù)存回電壓源。
文檔編號(hào)H02M3/155GK102761249SQ201110227338
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者俎永熙, 吳緯權(quán), 李昱輝, 林慶龍, 林明為, 王士偉, 陳科宏, 黃柄境 申請(qǐng)人:芯傳科技股份有限公司