專利名稱：直流對直流轉(zhuǎn)換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種直流對直流轉(zhuǎn)換器，且特別是有關(guān)于一種可調(diào)整脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度的直流對直流轉(zhuǎn)換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法。
背景技術(shù)：
眾所周知，電腦系統(tǒng)中的中央處理器(CPU)、動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、繪圖晶片(graphic chip)、晶片組(chip set)所使用的操作電壓皆不相同，因此，電腦系統(tǒng)中需要許多直流轉(zhuǎn)直流變換器用以將電源供應(yīng)器提供的直流輸入電壓(例如19V)轉(zhuǎn)換成為各元件所需的操作電壓。恒定導(dǎo)通時間(Constant On Time, COT)穩(wěn)壓器是一種直流對直 流轉(zhuǎn)換器。一般而言，當(dāng)反饋電壓小于參考電壓時，恒定導(dǎo)通時間穩(wěn)壓器可以在一固定周期內(nèi)導(dǎo)通一主要開關(guān)，并可調(diào)整主要開關(guān)的不導(dǎo)通周期，以便能提供穩(wěn)定的輸出電壓。當(dāng)恒定導(dǎo)通時間穩(wěn)壓器的負載變化劇烈時，控制的恒定導(dǎo)通時間穩(wěn)壓器的脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulation, PWM)信號的操作頻率亦會產(chǎn)生相對應(yīng)的變化。舉例來說，當(dāng)恒定導(dǎo)通時間穩(wěn)壓器的負載變輕時，脈沖寬度調(diào)制信號的頻率降低，各個脈沖間的距離變大。當(dāng)恒定導(dǎo)通時間穩(wěn)壓器的負載變的很輕時，將使得脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于25kHz，此時的頻率開始進入人耳可接收的音頻范圍之內(nèi)。如此一來，將使得使用者在使用各種應(yīng)用恒定導(dǎo)通時間穩(wěn)壓器的電子產(chǎn)品(例如手機、電腦或隨身聽等)時出現(xiàn)雜音干擾，進而影響到電子產(chǎn)品的使用品質(zhì)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種直流對直流轉(zhuǎn)換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法，可在不影響轉(zhuǎn)換效率的情形下，保持脈沖寬度調(diào)制信號的操作頻率高于人耳可接收到的音頻范圍。本發(fā)明提出一種直流對直流轉(zhuǎn)換器，其包括調(diào)整模塊、輸出模塊以及控制模塊。調(diào)整模塊依據(jù)第一脈沖寬度調(diào)制信號與直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓輸出具有恒定導(dǎo)通時間的第二脈沖寬度調(diào)制信號。輸出模塊耦接調(diào)整模塊、接地電壓與直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓，反應(yīng)第二脈沖寬度調(diào)制信號切換接地電壓與輸入電壓，以對應(yīng)輸出模塊的切換將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓?？刂颇K耦接調(diào)整模塊與輸出模塊，檢測第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號的頻率低于一預(yù)設(shè)頻率時，控制輸出模塊降低輸出電壓直到第二脈沖寬度調(diào)制信號出現(xiàn)上升沿，并控制調(diào)整模塊縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度。在本發(fā)明的一實施例中，上述的輸出模塊包括電感、切換單元以及驅(qū)動單元。電感的第一端輸出輸出電壓。切換單元耦接電感的第二端、輸入電壓與接地電壓。驅(qū)動單元耦接調(diào)整模塊、控制模塊以及切換單元，依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號控制切換單元切換輸入電壓以及接地電壓，進而在電感的第一端輸出輸出電壓。在本發(fā)明的一實施例中，上述的切換單元包括第一晶體管以及第二晶體管。第一晶體管與第二晶體管串接在輸入電壓與接地電壓之間，第一晶體管與第二晶體管的柵極耦接驅(qū)動單元，第一晶體管與第二晶體管的共同接點耦接電感的第二端，第一晶體管與第二晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)受控于驅(qū)動單元，驅(qū)動單元還依據(jù)一優(yōu)先權(quán)機制與控制信號來強制導(dǎo)通第二晶體管，直到下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生。當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號的頻率低于預(yù)設(shè)頻率時，驅(qū)動單元導(dǎo)通第二晶體管。在本發(fā)明的一實施例中，上述的直流對直流轉(zhuǎn)換器中的輸出模塊還包括一電流檢測單元，其耦接驅(qū)動單元，檢測電感上的電流，當(dāng)電感上的電流降為零時，驅(qū)動單元關(guān)閉第二晶體管，而當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號的頻率低于預(yù)設(shè)頻率時且電感上的電流降為零時，驅(qū)動單元利用優(yōu)先權(quán)機制強制導(dǎo)通第二晶體管。在本發(fā)明的一實施例中，上述的控制模塊包括頻率檢測單元以及縮減控制單元。頻率檢測單元檢測第一脈沖寬度調(diào)制信號或第二脈沖寬度調(diào)制信號在每一信號周期內(nèi)的上升沿的轉(zhuǎn)態(tài)時間點，當(dāng)?shù)谝幻}沖寬度調(diào)制信號或第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿延遲出現(xiàn)時，頻率檢測單元輸出控制信號以控制驅(qū)動單元導(dǎo)通第二晶體管，以觸發(fā)下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生?？s減控制單元耦接頻率檢測單元與調(diào)整模塊，控制調(diào)整模塊縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度。 在本發(fā)明的一實施例中，上述的調(diào)整模塊包括第一比較器、第一電流源、第一電容、D型正反器、第三晶體管以及反相器。第一比較器的負輸入端耦接上述輸出電壓。第一電流源耦接第一比較器的正輸入端，第一電流源所產(chǎn)生的電流正比于上述輸入電壓；第一電容稱接在第一比較器的正輸入端與接地電壓之間。D型正反器的資料輸入端稱接一第一操作電壓，D型正反器的時脈輸入端耦接第一脈沖寬度調(diào)制信號，D型正反器的重置端耦接第一比較器的輸出端，D型正反器的資料輸出端耦接驅(qū)動單元。第三晶體管的漏極與源極分別耦接第一比較器的正輸入端與接地電壓。反相器耦接在D型正反器的資料輸出端與第三晶體管的柵極之間。在本發(fā)明的一實施例中，上述的縮減控制單元包括可調(diào)式電流源，其耦接第一比較器的正輸入端，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號的上升沿延遲出現(xiàn)時，可調(diào)式電流源依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿轉(zhuǎn)態(tài)延遲時間對第一電容進行充電。在本發(fā)明的一實施例中，上述的縮減控制單元包括運算單元以及可調(diào)式電壓源。運算單元耦接在輸出電壓與第一比較器的負輸入端之間?？烧{(diào)式電壓源耦接在運算單元與接地電壓之間，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號的上升沿延遲出現(xiàn)時，可調(diào)式電壓源依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿轉(zhuǎn)態(tài)延遲時間輸出一調(diào)整電壓，運算單元將輸出電壓減去調(diào)整電壓以拉低輸出電壓。在本發(fā)明的一實施例中，上述的縮減控制單元是數(shù)字控制電路。在本發(fā)明的一實施例中，上述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，還包括反饋單元與脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊。反饋單元耦接在直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸出端與接地電壓之間。脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊耦接調(diào)整模塊與反饋單元，依據(jù)一參考電壓與輸出電壓的分壓產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號。在本發(fā)明的一實施例中，上述的脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊包括誤差放大器、補償單元、斜波產(chǎn)生器以及第二比較器。誤差放大器的正、負輸入端分別耦接參考電壓與阻抗單元，根據(jù)參考電壓以及輸出電壓的分壓產(chǎn)生一誤差信號。補償單元耦接誤差放大器的輸出端，其用以補償誤差信號。斜波產(chǎn)生器用以產(chǎn)生一斜波信號。第二比較器的正、負輸入端分別耦接誤差放大器的輸出端與斜波產(chǎn)生器，依據(jù)誤差信號與斜波信號的比較結(jié)果產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號。本發(fā)明提出一種電壓轉(zhuǎn)換方法，適用于一直流對直流轉(zhuǎn)換器，電壓轉(zhuǎn)換方法包括下列步驟。依據(jù)第一脈沖寬度調(diào)制信號與直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號；反應(yīng)第二脈沖寬度調(diào)制信號以提供輸出電壓；以及檢測第一脈沖寬度調(diào)制信號的頻率或第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率是否低于一預(yù)設(shè)頻率，其中當(dāng)?shù)谝幻}沖寬度調(diào)制信號的頻率或第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于預(yù)設(shè)頻率時，降低輸出電壓，以使第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生，并縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度?；谏鲜?，本發(fā)明依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率來控制調(diào)整模塊縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度，以在不影響轉(zhuǎn)換效率的情形下，保持脈沖寬度調(diào)制信號的頻率高于人耳可接收到的音頻范圍。 為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合附圖作詳細說明如下。


圖I為本發(fā)明一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器中多個信號的波形示意圖；圖3為本發(fā)明另一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖4為本發(fā)明另一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖5為本發(fā)明一實施例的調(diào)整模塊與縮減控制單元的示意圖；圖6為本發(fā)明另一實施例的調(diào)整模塊與縮減控制單元的示意圖；圖7為本發(fā)明一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換方法流程圖。主要元件符號說明100,300,400 :直流對直流轉(zhuǎn)換器；102 :調(diào)整模塊；104 :輸出模塊；106 :控制模塊；108:電流檢測單元；302 :縮減控制單元；304 :頻率檢測單元；306 :驅(qū)動單元；308 :切換單元；402 :脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊；404 :誤差放大器；406、502:比較器；408 :補償單元；410 :斜波產(chǎn)生器；412:反饋單元；504 D型正反器；
506 :反相器；602 :運算單元；VIN:輸入電壓；GND :接地電壓；Ml、M2、M3 :晶體管；PWM1、PWM2 :脈沖寬度調(diào)制信號Vout:輸出電壓；UGULGl :開關(guān)信號； LI:電感；SI :控制信號；IL 電流；Vref:參考電壓；ERl :誤差信號；RA、RB、Rl:電阻；CA、CB、Cl:電容；ramp I :斜波信號；Il :第一電流源；ISl :可調(diào)式電流源；Vc:電容上的電壓；VSl :可調(diào)式電壓源；S702-S708 :本發(fā)明一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換方法流程圖各步驟。
具體實施例方式圖I為本發(fā)明一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。請參照圖1，直流對直流轉(zhuǎn)換器100包括調(diào)整模塊102、輸出模塊104以及控制模塊106。調(diào)整模塊102耦接輸出模塊104與控制模塊106，控制模塊106還耦接輸出模塊104。輸出模塊104耦接接地電壓GND、直流對直流轉(zhuǎn)換器100的輸入電壓VIN以及控制模塊106。調(diào)整模塊102用以接收第一脈沖寬度調(diào)制信號PWM I與直流對直流轉(zhuǎn)換器100的輸出電壓Vout，并依據(jù)第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl與輸出電壓Vout輸出具有恒定導(dǎo)通時間的第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2。圖2為本發(fā)明實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器中多個信號的波形示意圖，如圖2所示，每當(dāng)調(diào)整模塊102所接收的第一脈沖寬度調(diào)制信號PWM I出現(xiàn)上升沿時，調(diào)整模塊102便會輸出一具有預(yù)設(shè)脈沖寬度的第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2。如此，輸出模塊104便可反應(yīng)第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2切換接地電壓GND與輸入電壓VIN，以對應(yīng)輸出模塊104的切換將輸入電壓VIN轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout。另外，控制模塊106可用來檢測第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率。在正常負載下第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率較高，亦即，每兩個脈沖之間的時間較為短暫。當(dāng)直流對直流轉(zhuǎn)換器100的負載是輕負載時，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率將會降低，兩個脈沖之間的時間可能較長(例如IOOus)，而落入人耳可聽到的音頻范圍。當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率低于一預(yù)設(shè)頻率時，亦即兩個脈沖之間的時間超出一預(yù)設(shè)值時(例如40us),控制模塊106輸出一控制信號SI控制輸出模塊104降低輸出電壓Vout，以使得下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl提早產(chǎn)生，進而縮短第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖間的距離，提高第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2頻率。此外，控制模塊106還依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率控制調(diào)整模塊102縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度。如此，便可在第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2頻率提高的情形下仍保持直流對直流轉(zhuǎn)換器100的電壓轉(zhuǎn)換效率，進而解決現(xiàn)有的直流對直流轉(zhuǎn)換器的操作頻率過低而進入人耳可接收到的音頻范圍內(nèi)的問題。在上述第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2產(chǎn)生時，控制模塊106將再度檢測第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率是否低于預(yù)設(shè)頻率，如果是，則繼續(xù)執(zhí)行上述操作，直到控制模塊106檢測到第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率高于預(yù)設(shè)頻率，才停止調(diào)整第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率，并維持第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度。圖3為本發(fā)明另一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。請參照圖3，進一步來說，圖I的控制模塊106包括縮減控制單元302與頻率檢測單元304?？s減控制單元302耦接調(diào)整模塊102與頻率檢測單元304。另外，輸出模塊104則包括驅(qū)動單元306、切換單 元308、電感LI、及電流檢測單元108。驅(qū)動單元306耦接調(diào)整模塊102、頻率檢測單元304以及切換單元308。電感LI的第一端耦接至直流對直流轉(zhuǎn)換器100的輸出端，第二端耦接切換單元308。切換單元308還耦接至直流對直流轉(zhuǎn)換器100的輸入電壓VIN與接地電壓GND。電流檢測單元108耦接至驅(qū)動單元306。電流檢測單元108用以檢測負載電流，例如電感LI上的電流IL。驅(qū)動單元306用以依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2以及電流檢測單元108所檢測到的負載電流輸出開關(guān)信號UGl與LGl，以控制切換單元308切換輸入電壓VIN與接地電壓GND，進而在電感LI的第一端輸出輸出電壓Vout。在本實施例中，切換單元308包括第一晶體管Ml與第二晶體管M2。第一晶體管Ml與第二晶體管M2串接在直流對直流轉(zhuǎn)換器100的輸入電壓VIN與接地電壓GND之間，第一晶體管Ml與第二晶體管M2的共同接點耦接至電感LI的第二端。第一晶體管Ml與第二晶體管M2的柵極則耦接驅(qū)動單元306，以分別接收開關(guān)信號UGl與LGl。當(dāng)?shù)诙w管M2是導(dǎo)通狀態(tài)時，第一晶體管Ml是關(guān)閉狀態(tài)，當(dāng)?shù)谝痪w管Ml是導(dǎo)通狀態(tài)時，第二晶體管M2是關(guān)閉狀態(tài)，另外當(dāng)電感LI上的電流IL降為零時，驅(qū)動單元306關(guān)閉第二晶體管M2。在本實施例中，頻率檢測單元304可檢測第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2在每一信號周期內(nèi)的上升沿的轉(zhuǎn)態(tài)時間點。在其他實施例中，頻率檢測單元304亦可檢測第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl在每一信號周期內(nèi)的上升沿的轉(zhuǎn)態(tài)時間點。如圖2所示，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2(或第一脈沖寬度調(diào)制信號PWM1)的上升沿延遲出現(xiàn)時，頻率檢測單元304便控制調(diào)整模塊102來使得驅(qū)動單元306送出開關(guān)信號LGl至第二晶體管M2，以導(dǎo)通之，以觸發(fā)下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl提早產(chǎn)生。上述第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿延遲出現(xiàn)是指，頻率檢測單元304在檢測到第一個第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2出現(xiàn)后，頻率檢測單元304會判斷下一個第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2是否會在預(yù)設(shè)值(例如40us)內(nèi)出現(xiàn)，若第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2在預(yù)設(shè)值后出現(xiàn)，則表示第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿延遲出現(xiàn)。
如圖2所示，換句話說，若依據(jù)預(yù)設(shè)頻率(例如25KHZ)，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2應(yīng)在第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的波形上所示的虛線處轉(zhuǎn)態(tài)為高電壓邏輯電平，但由于直流對直流轉(zhuǎn)換器300的輸出端的負載變輕，因而使得第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率降低、脈沖與脈沖之間的距離變寬、第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2轉(zhuǎn)態(tài)為高電壓邏輯電平的時間點延后。此時頻率檢測單元304將高電壓邏輯電平的控制信號SI輸出至控制驅(qū)動單元306，以使得驅(qū)動單元306提供高電壓邏輯電平的開關(guān)信號LGl至切換單元308，以導(dǎo)通第二晶體管M2，進而使得下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl提早產(chǎn)生，其中控制信號SI是高電壓邏輯電平。值得注意的是，在本發(fā)明實施例中，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿延遲出現(xiàn)時，雖然電感LI上的電流IL降為零，然此時上升沿延遲出現(xiàn)的事件具有較高的優(yōu)先權(quán)，故驅(qū)動單元306依據(jù)一優(yōu)先權(quán)機制與控制信號SI來強制導(dǎo)通第二晶體管M2，直到下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl提早產(chǎn)生，有關(guān)第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl如何提早產(chǎn)生的機制，容后詳述。如圖2所示，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的第二個脈沖相較于第一個脈沖具有較窄的脈沖寬度。當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2轉(zhuǎn)態(tài)為高電壓邏輯電平時，開關(guān)信號LGl將轉(zhuǎn)態(tài)為低電壓邏輯電平，而開關(guān)信號UGl則轉(zhuǎn)態(tài)為高電壓邏輯電平。直到第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2轉(zhuǎn)態(tài)為低電壓邏輯電平時，開關(guān)信號LGl才轉(zhuǎn)態(tài)為高電壓邏輯電平，而開關(guān)信號UGl則轉(zhuǎn)態(tài)為低電壓邏輯電平。開關(guān)信號UGl的脈沖寬度亦會受到第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度縮減的影響而變窄。另外，當(dāng)電流檢測單元108檢測到電感LI上的電流IL降為O時，驅(qū)動單元306將開關(guān)信號LGl轉(zhuǎn)態(tài)為低電壓邏輯電平。值得注意的是，在第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度被縮減后，當(dāng)下一次第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2隨著第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl的上升沿的出現(xiàn)而轉(zhuǎn)為高電壓電平時，若第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率已高于預(yù)設(shè)頻率，則第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度將維持與上一次縮減脈沖寬度后的第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2相同。而若第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率仍低于或等于預(yù)設(shè)頻率，則第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度將會依上述實施例的方式再次被縮減。如此重復(fù)地提高第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率并縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度，即可將第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率調(diào)整至高于預(yù)設(shè)頻率，且不會影響到直流對直流轉(zhuǎn)換器300的電壓轉(zhuǎn)換效率。上述的第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl可利用脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊來產(chǎn)生。圖4為本發(fā)明另一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的示意圖。請參照圖4，本實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器400與圖I的直流對直流轉(zhuǎn)換器100的不同之處在于，直流對直流轉(zhuǎn)換器400還包括脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402與反饋單元412。反饋單元412耦接調(diào)整模塊102與脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402。藉此，脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402可依據(jù)一參考電壓Vref與輸出電壓Vout來產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl。其中調(diào)整模塊102與脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402所接收的電壓與輸出電壓Vout可成一比例關(guān)系。例如在本實施例中，調(diào)整模塊102為直接接收輸出電壓Vout，而脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402則接收經(jīng)由反饋單兀412分壓后的輸出電壓Vout。詳細來說，脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402包括誤差放大器404、補償單元408、斜波產(chǎn)生器410以及第二比較器406。誤差放大器404的正、負輸入端分別耦接參考電壓Vref與反饋單元412，以依據(jù)參考電壓Vref與輸出電壓Vout產(chǎn)生一誤差信號ERl。在本實施例中，反饋單元412包括兩個串接在直流對直流轉(zhuǎn)換器400的輸出端與接地電壓GND之間的電阻RA、RB,誤差放大器404為依據(jù)參考電壓Vref與輸出電壓Vout的分壓來產(chǎn)生誤差信號 ERl。補償單元408耦接誤差放大器404的輸出端，在本實施例中補償單元408，電阻Rl與電容CA串聯(lián)，繼而再與電容CB并聯(lián)，然并不以此為限。第二比較器406的正、負輸入端分別耦接至誤差放大器404的輸出端與斜波產(chǎn)生器410。補償單元408用以對誤差信號ERl進行補償，在完成對誤差信號Vref的補償之后，比較器406將誤差信號ERl與斜波產(chǎn)生器410所提供的斜波信號rampl進行比較，以產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號PWM1。誤差信號ER1、斜波信號rampl與第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl的波形可如圖2所示。當(dāng)上述第二晶體管M2被導(dǎo)通后，輸出電壓Vout將被拉低。在正常操作情況下，亦即第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl (或第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2)的頻率大于預(yù)設(shè)頻率時， 輸出電壓Vout會因為電感LI上的電流IL大于零的關(guān)系而緩慢下降，而在一定時間后才使得脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl。然而，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿延遲出現(xiàn)時，此時的電感LI上的電流IL已為零，輸出電壓Vout將快速下降而使得誤差放大器404產(chǎn)生一誤差信號ERl，進而使得脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊402提早產(chǎn)生第一脈沖寬度調(diào)制信號PWM1，以提供第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2。當(dāng)誤差放大器404產(chǎn)生誤差信號ERl后，誤差放大器404的輸出對電容CA、CB進行充電而使誤差信號ERl的電壓電平漸漸被拉高。當(dāng)誤差信號ERl的電壓電平被拉高至高于斜波信號rampl時,第二比較器406將輸出高電壓邏輯電平的第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl，進而使下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl開始產(chǎn)生，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2也隨之產(chǎn)生。此時頻率檢測單元304將通知縮減控制單元302控制調(diào)整模塊102縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度。圖5為本發(fā)明一實施例的調(diào)整模塊與縮減控制單元的示意圖。詳細來說，上述的調(diào)整模塊102與縮減控制單元302的實施方式可如圖5所示。調(diào)整模塊102可包括第一比較器502、第一電流源II、第一電容C1、D型正反器504、第三晶體管M3以及反相器506。另夕卜，縮減控制單元302則可包括可調(diào)式電流源ISl。第一電流源Il與可調(diào)式電流源ISl耦接第一比較器502的正輸入端。第一電容C 11禹接于第一比較器502的負輸入端與接地電壓GND之間。第三晶體管M3的漏極與源極分別耦接第一比較器502的正輸入端與接地電壓GND。D型正反器504的資料輸入端D耦接第一操作電壓VOP，D型正反器504的時脈輸入端耦接第一脈沖寬度調(diào)制信號PWM1，D型正反器504的重置端R耦接第一比較器502的輸出端，D型正反器的資料輸出端Q耦接驅(qū)動單元306。另外，反相器506則耦接在D型正反器504的資料輸出端Q與第三晶體管M3的柵極之間。由圖5可知，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度可通過第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl與第一比較器502的輸出來決定。D型正反器504依據(jù)第一脈沖寬度調(diào)制信號PWMl將資料輸入端D輸出至其輸出端Q而產(chǎn)生第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2，而通過第一比較器502的輸出來重置D型正反器504便可改變第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度。在本實施例中，第一比較器502正輸入端的電壓即為電容Cl上的電壓Vc,而電容Cl上的電壓Vc的變化情形為由第一電流源Il與可調(diào)式電流源ISl所決定。當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿延遲出現(xiàn)時，可調(diào)式電流源ISl可依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿轉(zhuǎn)態(tài)延遲時間對第一電容C I進行充電。通過調(diào)整可調(diào)式電流源ISl的輸出電流的大小即可控制電壓Vc的電壓值上升速度的快慢，進而控制第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度(亦即第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的導(dǎo)通時間)。舉例來說，當(dāng)欲縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度時，可通過調(diào)高可調(diào)式電流源ISl所輸出的電流，以使電壓Vc快速地達到高于輸出電壓Vout的電壓值，進而將D型正反器504重置而將第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2轉(zhuǎn)態(tài)為低電壓邏輯電平。當(dāng)可調(diào)式電流源ISl的輸出電流越大時，電壓Vc達到高于輸出電壓Vout的電壓值的速度越快，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度也就越窄。值得注意的是，上述縮減控制單元302可例如是一數(shù)字控制電路?？烧{(diào)式電流源ISl的電流大小可例如以最低有效位元(Least Significant Bit, LSB)來控制，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率被調(diào)整至高于預(yù)設(shè)頻率后，便可固定控制可調(diào)式電流源ISl的 數(shù)字信號，以使調(diào)整模塊102輸出的第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2可繼續(xù)維持在調(diào)整后的脈沖寬度。圖6為本發(fā)明另一實施例的調(diào)整模塊與縮減控制單元的示意圖。請參照圖6，本實施例與圖5實施例的不同之處在于，圖5實施例是利用可調(diào)式電流源ISl的電流大小來調(diào)整第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度，而本實施例則是利用可調(diào)式電壓源VSl來調(diào)整第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度。如圖6所示，縮減控制單元302包括運算單元602以及可調(diào)式電壓源VS1，其中運算單元602耦接在第一比較器502的負輸入端與輸出電壓Vout之間，而可調(diào)式電壓源VSl則耦接在運算單元602與接地電壓GND之間。類似地，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿延遲出現(xiàn)時，可調(diào)式電壓源VSl可依據(jù)第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的上升沿轉(zhuǎn)態(tài)延遲時間輸出對應(yīng)的調(diào)整電壓，運算單元602則將輸出電壓減去此調(diào)整電壓，以控制第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度。舉例來說，當(dāng)欲縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度時，可通過調(diào)高可調(diào)式電壓源VSl所輸出的調(diào)整電壓，以使輸出電壓Vout快速地降低至低于電壓Vc的電壓值，進而將D型正反器504重置而將第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2轉(zhuǎn)態(tài)為低電壓邏輯電平。當(dāng)可調(diào)式電壓源VSl輸出的調(diào)整電壓越大時，電壓Vout的電壓值降低至低于電壓Vc的速度越快，第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2的脈沖寬度也就越窄。類似地，可調(diào)式電壓源VSl輸出的調(diào)整電壓大小亦可例如以最低有效位元來控制，當(dāng)?shù)诙}沖寬度調(diào)制信號PWM2的頻率被調(diào)整至高于預(yù)設(shè)頻率后，便可固定控制可調(diào)式電壓源VSl的數(shù)字信號，以使調(diào)整模塊102輸出的第二脈沖寬度調(diào)制信號PWM2可繼續(xù)維持在調(diào)整后的脈沖覽度。圖7為本發(fā)明一實施例的直流對直流轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換方法流程圖。請參照圖7，綜上所述，直流對直流轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換方法步驟可歸納如下。首先，依據(jù)一第一脈沖寬度調(diào)制信號與直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓輸出一第二脈沖寬度調(diào)制信號(步驟S702)。接著，反應(yīng)第二脈沖寬度調(diào)制信號以提供輸出電壓(步驟S704)。然后，檢測第一脈沖寬度調(diào)制信號的頻率或第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率是否低于一預(yù)設(shè)頻率(步驟S706)。當(dāng)?shù)谝幻}沖寬度調(diào)制信號的頻率或第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于預(yù)設(shè)頻率時，降低輸出電壓，以使第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生，并縮減第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度(步驟S708)。相對地，若脈沖寬度調(diào)制信號的頻率高于預(yù)設(shè)頻率，則不對脈沖寬度調(diào)制信號進行脈沖寬度的調(diào)整，而回到步驟S702，依據(jù)第一脈 沖寬度調(diào)制信號與直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓輸出第二脈沖寬度調(diào)制信號。綜上所述，本發(fā)明實施例可在直流對直流轉(zhuǎn)換器的負載過輕時，提高脈沖寬度調(diào)制信號的頻率，并依據(jù)脈沖寬度調(diào)制信號的頻率來縮減脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度，以避免脈沖寬度調(diào)制信號的頻率落在人耳可接收到的音頻范圍，同時保持其高轉(zhuǎn)換效率。最后應(yīng)說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，包括 一調(diào)整模塊，依據(jù)一第一脈沖寬度調(diào)制信號與上述直流對直流轉(zhuǎn)換器的一輸出電壓輸出一第二脈沖寬度調(diào)制信號； 一輸出模塊，耦接上述調(diào)整模塊，并反應(yīng)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號以提供上述輸出電壓；以及 一控制模塊，耦接上述調(diào)整模塊與上述輸出模塊，檢測上述第一脈沖寬度調(diào)制信號的頻率或上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率， 其中當(dāng)上述第一脈沖寬度調(diào)制信號的頻率或上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于一預(yù)設(shè)頻率時，上述控制模塊輸出一控制信號控制上述輸出模塊降低上述輸出電壓，使得上述第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生，并控制上述調(diào)整模塊縮減上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述輸出模塊包括 一電感，其第一端輸出上述輸出電壓； 一切換單元，耦接上述電感的第二端、一輸入電壓與一接地電壓；以及 一驅(qū)動單元，耦接上述調(diào)整模塊、上述控制模塊以及上述切換單元，依據(jù)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號控制上述切換單元切換上述輸入電壓以及上述接地電壓，進而在上述電感的第一端輸出上述輸出電壓。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述切換單元包括 一第一晶體管；以及 一第二晶體管，與上述第一晶體管串接在上述輸入電壓與上述接地電壓之間，上述第一晶體管與上述第二晶體管的柵極耦接上述驅(qū)動單元，上述第一晶體管與上述第二晶體管的共同接點耦接上述電感的第二端，上述第一晶體管與上述第二晶體管的導(dǎo)通狀態(tài)受控于上述驅(qū)動單元， 其中，上述驅(qū)動單元還依據(jù)一優(yōu)先權(quán)機制與上述控制信號來強制導(dǎo)通上述第二晶體管，直到下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是當(dāng)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于上述預(yù)設(shè)頻率時，上述驅(qū)動單元導(dǎo)通上述第二晶體管。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述輸出模塊還包括 一電流檢測單元,耦接上述驅(qū)動單元,檢測上述電感上的電流，當(dāng)上述電感上的電流降為零時，上述驅(qū)動單元關(guān)閉上述第二晶體管，而當(dāng)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于上述預(yù)設(shè)頻率時且上述電感上的電流降為零時，上述驅(qū)動單元利用上述優(yōu)先權(quán)機制強制導(dǎo)通上述第二晶體管。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述控制模塊包括 一頻率檢測單元，檢測上述第一脈沖寬度調(diào)制信號或上述第二脈沖寬度調(diào)制信號在每一信號周期內(nèi)的上升沿的轉(zhuǎn)態(tài)時間點，當(dāng)上述第一脈沖寬度調(diào)制信號或上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿延遲出現(xiàn)時，上述頻率檢測單元輸出上述控制信號以控制上述驅(qū)動單元導(dǎo)通上述第二晶體管，以觸發(fā)下一個第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生；以及 一縮減控制單元，耦接上述頻率檢測單元與上述調(diào)整模塊，控制上述調(diào)整模塊縮減上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述調(diào)整模塊包括 一第一比較器，其負輸入端稱接上述輸出電壓； 一第一電流源，耦接上述第一比較器的正輸入端，上述第一電流源所產(chǎn)生的電流正比于上述輸入電壓； 一第一電容，稱接在上述第一比較器的正輸入端與上述接地電壓之間； 一 D型正反器，其資料輸入端耦接一第一操作電壓，上述D型正反器的時脈輸入端耦接上述第一脈沖寬度調(diào)制信號，上述D型正反器的重置端耦接上述第一比較器的輸出端，上述D型正反器的資料輸出端耦接上述驅(qū)動單元； 一第三晶體管，其漏極與源極分別耦接上述第一比較器的正輸入端與上述接地電壓；以及 一反相器，耦接在上述D型正反器的資料輸出端與上述第三晶體管的柵極之間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述縮減控制單元包括 一可調(diào)式電流源，耦接上述第一比較器的正輸入端，當(dāng)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿延遲出現(xiàn)時，上述可調(diào)式電流源依據(jù)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿轉(zhuǎn)態(tài)延遲時間對上述第一電容進行充電。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述縮減控制單元包括 一運算單元，耦接在上述輸出電壓與上述第一比較器的負輸入端之間；以及 一可調(diào)式電壓源，耦接在上述運算單元與上述接地電壓之間，當(dāng)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿延遲出現(xiàn)時，上述可調(diào)式電壓源依據(jù)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的上升沿轉(zhuǎn)態(tài)延遲時間輸出一調(diào)整電壓，上述運算單元將上述輸出電壓減去上述調(diào)整電壓以拉低上述輸出電壓。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述縮減控制單元是一數(shù)字控制電路。
11.根據(jù)權(quán)利要求6所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是還包括 一反饋單元，耦接在上述直流對直流轉(zhuǎn)換器的輸出端與上述接地電壓之間；以及一脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊，耦接上述調(diào)整模塊與上述反饋單元，依據(jù)一參考電壓與上述輸出電壓的分壓產(chǎn)生上述第一脈沖寬度調(diào)制信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征是上述脈沖寬度調(diào)制信號產(chǎn)生模塊包括 一誤差放大器，其正、負輸入端分別耦接上述參考電壓與上述阻抗單元，根據(jù)上述參考電壓以及上述輸出電壓的分壓產(chǎn)生一誤差信號； 一補償單元，耦接上述誤差放大器的輸出端，補償上述誤差信號； 一斜波產(chǎn)生器，產(chǎn)生一斜波信號；以及 一第二比較器，其正、負輸入端分別耦接上述誤差放大器的輸出端與上述斜波產(chǎn)生器，依據(jù)上述誤差信號與上述斜波信號的比較結(jié)果產(chǎn)生上述第一脈沖寬度調(diào)制信號。
13.—種電壓轉(zhuǎn)換方法,適用于一直流對直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，上述電壓轉(zhuǎn)換方法包括 依據(jù)一第一脈沖寬度調(diào)制信號與上述直流對直流轉(zhuǎn)換器的一輸出電壓輸出一第二脈沖寬度調(diào)制信號；反應(yīng)上述第二脈沖寬度調(diào)制信號以提供上述輸出電壓；以及 檢測上述第一脈沖寬度調(diào)制信號的頻率或上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率是否低于一預(yù)設(shè)頻率， 其中當(dāng)上述第一脈沖寬度調(diào)制信號的頻率或上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的頻率低于上述預(yù)設(shè)頻率時，降低上述輸出電壓，以使上述第一脈沖寬度調(diào)制信號提早產(chǎn)生，并縮減上述第二脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度。
全文摘要
本發(fā)明提供一種直流對直流轉(zhuǎn)換器及其電壓轉(zhuǎn)換方法。上述直流對直流轉(zhuǎn)換器，可在其負載過輕時，提高脈沖寬度調(diào)制信號的頻率，并縮減脈沖寬度調(diào)制信號的脈沖寬度，以避免脈沖寬度調(diào)制信號的頻率落在人耳可接收到的音頻范圍，同時保持其高轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號H02M3/156GK102904443SQ20121019896
公開日2013年1月30日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月27日
發(fā)明者黃華強 申請人:力智電子股份有限公司