專利名稱：升降式電壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種直流至直流電壓轉(zhuǎn)換器，尤其涉及一種升降式電壓轉(zhuǎn)換器，使一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，其中該輸入電壓可以大于、等于、或小于該輸出電壓。
背景技術(shù)：
直流至直流電壓轉(zhuǎn)換器可將一輸入電壓調(diào)節(jié)成一穩(wěn)定的輸出電壓，并且在此種穩(wěn)定的輸出電壓下供應(yīng)外界負(fù)載所需要的電流。各式各樣的可攜式電子系統(tǒng)，例如數(shù)字相機(jī)、光碟播放機(jī)、筆記本電腦、與移動(dòng)電話等等，都裝設(shè)有合適的直流至直流電壓轉(zhuǎn)換器作為其功率來源。這些可攜式電子系統(tǒng)典型上使用電池作為輸入電壓源，因此在長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)使用下，由電池所提供的輸出電壓呈現(xiàn)逐漸降低的現(xiàn)象。換而言之，在電池使用初期，電池兩端所提供的輸出電壓大于所欲調(diào)節(jié)成的輸出電壓，但經(jīng)過一段時(shí)間持續(xù)供應(yīng)能量之后，電池所提供的輸出電壓將愈來愈接近所欲調(diào)節(jié)成的輸出電壓。此時(shí)，倘若直流至直流轉(zhuǎn)換器仍然可有效地實(shí)現(xiàn)電壓轉(zhuǎn)換功能，則延長(zhǎng)了電池的使用壽命。
可以預(yù)見的是，在持續(xù)的操作下，電池所提供的輸出電壓會(huì)繼續(xù)降低，終將變成低于所欲調(diào)節(jié)成的輸出電壓。即使在此情況下，倘若直流至直流轉(zhuǎn)換器仍然可有效地達(dá)成電壓轉(zhuǎn)換功能，則對(duì)于電池做了最完整的利用。
因此，人們期望有一種升降式電壓轉(zhuǎn)換器，不論在輸入電壓是大于、等于、或小于所欲調(diào)節(jié)成的輸出電壓的情況中，都能有效地將輸入電壓轉(zhuǎn)換成所欲調(diào)節(jié)成的輸出電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的在于提供一種升降式電壓轉(zhuǎn)換器，可將一輸入電壓轉(zhuǎn)換成一輸出電壓，不論該輸入電壓是大于、等于、或小于該輸出電壓。
依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種升降式電壓轉(zhuǎn)換器，具有一切換電路、一第一脈沖產(chǎn)生電路、一第二脈沖產(chǎn)生電路、以及一模式控制電路。切換電路具有一輸入切換單元與一輸出切換單元。輸入切換單元選擇性耦合一電感的第一端至輸入電壓與地面電位。輸出切換單元選擇性耦合該電感的第二端至輸出電壓與地面電位。第一脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有第一占空比的第一脈沖信號(hào)。第一占空比響應(yīng)于輸出電壓而調(diào)變。第二脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有第二占空比的第二脈沖信號(hào)。第二占空比是一大于零且小于一的固定值。
當(dāng)?shù)谝徽伎毡刃∮谝活A(yù)定的臨界占空比時(shí)，模式控制電路使切換電路操作于至少一單純模式。當(dāng)?shù)谝徽伎毡却笥谠擃A(yù)定的臨界占空比時(shí)，模式控制電路使切換電路操作于至少一交界模式。
該至少一單純模式具有一單純降壓模式與一單純升壓模式。在單純降壓模式中，輸入切換單元由第一脈沖信號(hào)所控制，并且輸出切換單元維持于固定耦合電感的第二端至輸出電壓。在單純升壓模式中，輸出切換單元由第一脈沖信號(hào)所控制，并且輸入切換單元維持于固定耦合電感的第一端至輸入電壓。
該至少一交界模式具有一交界降壓模式與一交界升壓模式。在交界降壓模式中，輸入切換單元由第一脈沖信號(hào)所控制，并且輸出切換單元由第二脈沖信號(hào)所控制。在交界升壓模式中，輸出切換單元由第一脈沖信號(hào)所控制，并且輸入切換單元由第二脈沖信號(hào)所控制。


圖1顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的第一例子的電路圖；圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的操作方法的示意圖；圖3(A)顯示依據(jù)本發(fā)明的單純降壓模式的操作時(shí)序圖；圖3(B)顯示依據(jù)本發(fā)明的交界降壓模式的操作時(shí)序圖；圖3(C)顯示依據(jù)本發(fā)明的交界升壓模式的操作時(shí)序圖；圖3(D)顯示依據(jù)本發(fā)明的單純升壓模式的操作時(shí)序圖；圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的占空比監(jiān)測(cè)電路的電路圖；圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的模式選擇電路的狀態(tài)圖；圖6顯示依據(jù)本發(fā)明的驅(qū)動(dòng)邏輯電路的詳細(xì)電路圖；圖7(A)顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的第二例子的電路圖；以及圖7(B)顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的第三例子的電路圖。
主要元件符號(hào)說明10同步切換電路11切換控制電路20調(diào)變脈沖產(chǎn)生電路21電壓反饋電路22誤差放大電路23傳輸控制電路24比較電路25振蕩電路30固定脈沖產(chǎn)生電路40占空比監(jiān)測(cè)電路41單純/交界判斷單元 42降壓/升壓判斷單元50模式選擇電路60驅(qū)動(dòng)邏輯電路61～66邏輯門 71，72非同步切換電路80模式控制電路L電感La，Lb電感的兩端 S1～S4切換單元DS占空比監(jiān)測(cè)信號(hào) D1第一判斷信號(hào)D2第二判斷信號(hào)MS模式選擇信號(hào)
M1第一選擇信號(hào) M2第二選擇信號(hào)P1～P4驅(qū)動(dòng)信號(hào) MP調(diào)變脈沖信號(hào)DMP調(diào)變脈沖信號(hào)之占空比FP固定脈沖信號(hào) DFP固定脈沖信號(hào)之占空比Dth，Dth(H)，Dth(L)臨界占空比 OSC振蕩信號(hào)Verr1，Verr2誤差信號(hào)Vin輸入電壓Vout輸出電壓Vfb電壓反饋信號(hào)Vref參考電壓X2，X3二極管具體實(shí)施方式
下文中的說明與附圖將使本發(fā)明的前述與其他目的、特征、與優(yōu)點(diǎn)更明顯。現(xiàn)在將參照附圖詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖1顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的第一例子的電路圖。升降式電壓轉(zhuǎn)換器用以轉(zhuǎn)換一輸入電壓Vin成為一輸出電壓Vout，其中輸入電壓Vin可以大于、等于、或小于輸出電壓Vout。參照?qǐng)D1，第一例子的升降式電壓轉(zhuǎn)換器包含一同步切換電路10以及一切換控制電路11。
同步切換電路10具有一輸入切換單元與一輸出切換單元。具體而言，輸入切換單元由第一切換單元S1與第二切換單元S2所構(gòu)成，而輸出切換單元由第三切換單元S3與第四切換單元S4所構(gòu)成。第一切換單元S1設(shè)置于輸入電壓Vin與電感L的第一端La之間。第二切換單元S2設(shè)置于電感L的第一端La與地面電位之間。第三切換單元S3設(shè)置于電感L的第二端Lb與輸出電壓Vout之間。第四切換單元S4設(shè)置于電感L的第二端Lb與地面電位之間。切換單元S1至S4由N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(NMOS)、p溝道金屬氧化物半導(dǎo)體(PMOS)、或其它可控制的開關(guān)元件所實(shí)施。在下文的說明中，假設(shè)切換單元S1至S4全部由N溝道金屬氧化物半導(dǎo)體所實(shí)施(NMOS)。
切換控制電路11具有一調(diào)變脈沖產(chǎn)生電路20、一固定脈沖產(chǎn)生電路30、以及一模式控制電路80。模式控制電路具有一占空比監(jiān)測(cè)電路40、一模式選擇電路50、以及一驅(qū)動(dòng)邏輯電路60。基于輸出電壓Vout的反饋，調(diào)變脈沖產(chǎn)生電路20產(chǎn)生一調(diào)變脈沖信號(hào)MP，其具有隨著輸出電壓Vout的變化而調(diào)變的占空比(Duty Ratio)DMP。固定脈沖產(chǎn)生電路30產(chǎn)生一固定脈沖信號(hào)FP，其占空比DFP是一大于零且小于一的固定值。占空比監(jiān)測(cè)電路40用以檢測(cè)調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP，并產(chǎn)生一占空比監(jiān)測(cè)信號(hào)DS。響應(yīng)于占空比監(jiān)測(cè)信號(hào)DS，模式選擇電路50產(chǎn)生一模式選擇信號(hào)MS，用以控制驅(qū)動(dòng)邏輯電路60。一旦依據(jù)模式選擇信號(hào)MS而選定操作模式之后，驅(qū)動(dòng)邏輯電路60基于調(diào)變脈沖信號(hào)MP和固定脈沖信號(hào)FP而產(chǎn)生四個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1至P4，用以分別驅(qū)動(dòng)同步切換電路10的四個(gè)切換單元S1至S4。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的操作方法的示意圖。參照?qǐng)D2，依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器選擇性地操作于一單純降壓模式、一交界降壓模式、一交界升壓模式、以及一單純升壓模式。單純降壓模式與交界降壓模式都應(yīng)用于當(dāng)輸入電壓Vin大于輸出電壓Vout的情況，其中交界降壓模式所應(yīng)用的輸入電壓Vin比較接近輸出電壓Vout。更精確地說，單純降壓模式應(yīng)用于調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP介于零與一預(yù)定的臨界占空比Dth之間，而交界降壓模式則應(yīng)用于調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP介于臨界占空比Dth與1之間。單純升壓模式與交界升壓模式都應(yīng)用于當(dāng)輸入電壓Vin小于輸出電壓Vout的情況，其中交界升壓模式所應(yīng)用的輸入電壓Vin比較接近輸出電壓Vout。更精確地說，單純升壓模式應(yīng)用于調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP介于零與臨界占空比Dth之間，而交界升壓模式則應(yīng)用于調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP介于臨界占空比Dth與1之間。
在單純降壓模式中，如圖3(A)所示，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1設(shè)定成相同于調(diào)變脈沖信號(hào)MP、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P2設(shè)定成反相于第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3設(shè)定成維持于高電平H、并且第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P4設(shè)定成反相于第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3(亦即維持于低電平L)。響應(yīng)于第一與第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1與P2，第一與第二切換單元S1與S2彼此同步但反相地進(jìn)行ON/OFF的操作，使得電感L的第一端La交替地耦合至輸入電壓Vin與地面電位。然而，第三切換單元S3維持于ON狀態(tài)且第四切換單元S4維持于OFF狀態(tài)，使得電感L的第二端Lb維持于耦合至輸出電壓Vout的固定狀態(tài)。因此，依據(jù)本發(fā)明的單純降壓模式相同于現(xiàn)有的降壓式電壓轉(zhuǎn)換器的操作，并且滿足關(guān)系式(Vout/Vin)＝DMP。
隨著輸入電壓Vin的降低，調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP必須提高以維持固定的輸出電壓Vout。當(dāng)占空比DMP超過一預(yù)定的臨界占空比Dth時(shí)，依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的操作將從單純降壓模式改變成交界降壓模式。
在交界降壓模式中，如圖3(B)所示，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1設(shè)定成相同于調(diào)變脈沖信號(hào)MP、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P2設(shè)定成反相于第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3設(shè)定反相于固定脈沖信號(hào)FP、并且第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P4設(shè)定成反相于第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3。因此，交界降壓模式不同于單純降壓模式之處在于對(duì)于交界降壓模式而言，第三與第四切換單元S3與S4彼此同步但反相地進(jìn)行ON/OFF的操作，使得電感L的第二端Lb交替地耦合至輸出電壓Vout與地面電位。請(qǐng)注意第三與第四切換單元S3與S4的ON/OFF切換占空比并不會(huì)隨著輸出電壓Vout而調(diào)變，因?yàn)楣潭}沖信號(hào)FP的占空比DFP固定不變。
一旦輸入電壓Vin持續(xù)降低而導(dǎo)致調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP提高至最大值，即一，則依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的操作將從交界降壓模式改變成交界升壓模式。
在交界升壓模式中，如圖3(C)所示，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1設(shè)定反相于固定脈沖信號(hào)FP、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P2設(shè)定成反相于第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3設(shè)定成相同于調(diào)變脈沖信號(hào)MP、并且第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P4設(shè)定成反相于第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3。響應(yīng)于第一與第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1與P2，第一與第二切換單元S1與S2彼此同步但反相地進(jìn)行ON/OFF的操作，使得電感L的第一端La交替地耦合至輸入電壓Vin與地面電位。請(qǐng)注意第一與第二切換單元S1與S2的ON/OFF切換占空比并不會(huì)隨著輸出電壓Vout而調(diào)變，因?yàn)楣潭}沖信號(hào)FP的占空比DFP固定不變。另一方面，響應(yīng)于第三與第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3與P4，第三與第四切換單元S3與S4彼此同步但反相地進(jìn)行ON/OFF的操作，使得電感L的第二端Lb交替地耦合至輸出電壓Vout與地面電位。請(qǐng)注意第三與第四切換單元S3與S4的ON/OFF切換占空比系隨著輸出電壓Vout而調(diào)變。
隨著輸入電壓Vin的降低，調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP必須降低以維持固定的輸出電壓Vout。當(dāng)占空比DMP低于臨界占空比Dth時(shí)，依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的操作從交界升壓模式改變成單純升壓模式。
在單純升壓模式中，如圖3(D)所示，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1設(shè)定成維持于高電平H、第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P2設(shè)定成反相于第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1(即維持于低電平L)、第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3設(shè)定成相同于調(diào)變脈沖信號(hào)MP、并且第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P4設(shè)定成反相于第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3。因此，單純升壓模式不同于交界升壓模式之處在于第一切換單元S1維持于ON狀態(tài)且第二切換單元S2維持于OFF狀態(tài)，使得電感L的第一端La維持于耦合至輸入電壓Vin的固定狀態(tài)。依據(jù)本發(fā)明的單純升壓模式相同于現(xiàn)有的升壓式電壓轉(zhuǎn)換器的操作，并且滿足關(guān)系式(Vout/Vin)＝1/(1-DMP)。
為了防止在升降式電壓轉(zhuǎn)換器操作于占空比DMP接近臨界占空比Dth的情況中，由于輕微的擾動(dòng)而觸發(fā)單純模式與交界模式間的轉(zhuǎn)換，導(dǎo)致整體電路系統(tǒng)操作不穩(wěn)定，臨界占空比Dth得設(shè)計(jì)成具有磁滯功能(Hysteresis)。具體而言，臨界占空比Dth具有一較高值Dth(H)，例如0.95，與一較低值Dth(L)，例如0.85。調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP必須超過較高的臨界占空比Dth(H)，才能觸發(fā)升降式電壓轉(zhuǎn)換器的操作從單純模式改變成交界模式。然而，倘若欲從交界模式返回單純模式，則調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP必須降低至小于較低的臨界占空比Dth(L)才能觸發(fā)模式轉(zhuǎn)換。
回頭參照?qǐng)D1，現(xiàn)在將詳細(xì)說明調(diào)變脈沖產(chǎn)生電路20的具體構(gòu)成與操作方法如下。調(diào)變脈沖產(chǎn)生電路20具有一電壓反饋電路21、一誤差放大電路22、一傳輸控制電路23、一比較電路24、以及一振蕩電路25。
電壓反饋電路21耦合于同步切換電路10的輸出端，用以產(chǎn)生一電壓反饋信號(hào)Vfb，以代表輸出電壓Vout。舉例而言，電壓反饋電路21得由多個(gè)串聯(lián)電阻所構(gòu)成的分壓器所實(shí)施。
誤差放大電路22具有一反相輸入端(-)與一非反相輸入端(+)。反相輸入端用以接收電壓反饋信號(hào)Vfb，而非反相輸入端則用以接收一預(yù)定的參考電壓Vref?；陔妷悍答佇盘?hào)Vfb與參考電壓Vref之間的比較，誤差放大電路22從非反相輸出端(+)產(chǎn)生第一誤差信號(hào)Verr1并且從反相輸出端(-)產(chǎn)生第二誤差信號(hào)Verr2。第一誤差信號(hào)Verr1與第二誤差信號(hào)Verr2之變化趨勢(shì)彼此相反。換言之，當(dāng)電壓反饋信號(hào)Vfb增大時(shí)，第一誤差信號(hào)Verr1會(huì)變小，然而第二誤差信號(hào)Verr2卻變大。
傳輸控制電路23設(shè)置于誤差放大電路22與比較電路24之間，用以依據(jù)模式選擇電路50的模式選擇信號(hào)MS而選擇性允許第一誤差信號(hào)Verr1或第二誤差信號(hào)Verr2施加至比較電路24。在單純降壓模式與交界降壓模式中，傳輸控制電路23允許第一誤差信號(hào)Verr1施加至比較電路24。在單純升壓模式與交界升壓模式中，傳輸控制電路23則允許第二誤差信號(hào)Verr2施加至比較電路24。傳輸控制電路23由現(xiàn)有的可控制式傳輸門所構(gòu)成，故此處不再贅述。
比較電路24具有一非反相輸入端(+)與一反相輸入端(-)。非反相輸入端用以接收第一或第二誤差信號(hào)Verr1或Verr2，而反相輸入端則用以接收由振蕩電路25所產(chǎn)生的振蕩信號(hào)OSC?；诘谝换虻诙`差信號(hào)Verr1或Verr2與振蕩信號(hào)OSC之間的比較，比較電路24產(chǎn)生一調(diào)變脈沖信號(hào)MP，其具有一調(diào)變的占空比DMP。如圖3(A)與3(B)所示，在單純降壓模式與交界降壓模式中，調(diào)變脈沖信號(hào)MP由第一誤差信號(hào)Verr1與振蕩信號(hào)OSC所決定。因此，當(dāng)電壓反饋信號(hào)Vfb(代表輸出電壓Vout)增大時(shí)，第一誤差信號(hào)Verr1變小，使得調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP變小以企圖降低輸出電壓Vout。如圖3(C)與3(D)所示，在交界升壓模式與單純升壓模式中，調(diào)變脈沖信號(hào)MP由第二誤差信號(hào)Verr2與振蕩信號(hào)OSC所決定。因此，當(dāng)電壓反饋信號(hào)Vtb(代表輸出電壓Vout)增大時(shí)，第二誤差信號(hào)Verr1變大，使得調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP變大以企圖降低輸出電壓Vout。
參照?qǐng)D4，占空比監(jiān)測(cè)電路40具有一單純/交界判斷單元41與一降壓/升壓判斷單元42。單純/交界判斷單元41用以判斷調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP是否小于臨界占空比Dth。當(dāng)占空比DMP小于臨界占空比Dth時(shí)，第一判斷信號(hào)D1處于高電平H。當(dāng)占空比DMP大于臨界占空比Dth時(shí)，第一判斷信號(hào)D1則轉(zhuǎn)態(tài)為低電平L。降壓/升壓判斷單元42用判斷調(diào)變脈沖信號(hào)MP的占空比DMP是否超過1。當(dāng)占空比DMP小于1時(shí)，第二判斷信號(hào)D1處于低電平L。當(dāng)占空比DMP大于1時(shí)，第二判斷信號(hào)D1則轉(zhuǎn)態(tài)為高電平H。在一實(shí)施例中，占空比監(jiān)測(cè)電路40的占空比監(jiān)測(cè)信號(hào)DS由第一與第二判斷信號(hào)D1與D2所共同構(gòu)成。
參照?qǐng)D5，模式選擇電路50由一有限狀態(tài)機(jī)器(Finite StateMachine)所實(shí)施。模式選擇信號(hào)MS由第一選擇信號(hào)M1與第二選擇信號(hào)M2所組合而成。第一與第二選擇信號(hào)M1與M2都是具有高電平H與低電平L的二元信號(hào)。因此，模式選擇信號(hào)MS存在有四種可能的組合，可用以分別選擇圖2所示的四種操作模式。具體而言，狀態(tài)(M1，M2)＝(L，L)用以選擇單純降壓模式、狀態(tài)(M1，M2)＝(L，H)用以選擇交界降壓模式、狀態(tài)(M1，M2)＝(H，L)用以選擇交界升壓模式、并且狀態(tài)(M1，M2)＝(H，H)用以選擇單純降壓模式。圖5也顯示了相關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)換條件，模式選擇電路50響應(yīng)于第一與第二判斷信號(hào)D1與D2而決定所欲選擇的操作模式。
參照?qǐng)D6，基于第一與第二選擇信號(hào)M1與M2所設(shè)定的操作模式，驅(qū)動(dòng)邏輯電路60使用調(diào)變脈沖信號(hào)MP與固定脈沖信號(hào)FP來產(chǎn)生第一至第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1至P4。當(dāng)模式選擇信號(hào)MS為狀態(tài)(M1，M2)＝(L，L)時(shí)，邏輯門62阻擋固定脈沖信號(hào)FP施加至邏輯門63。結(jié)果，第一與第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1與P2由調(diào)變脈沖信號(hào)MP經(jīng)邏輯門61與63而產(chǎn)生。另一方面，邏輯門64阻擋調(diào)變脈沖信號(hào)MP施加至邏輯門66，并且邏輯門65阻擋固定脈沖信號(hào)FP施加至邏輯門66。結(jié)果，第三驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3維持于高電平H且第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P4維持于低電平L。因此，狀態(tài)(M1，M2)＝(L，L)有效地實(shí)現(xiàn)圖3(A)所示的單純降壓模式。當(dāng)模式選擇信號(hào)MS轉(zhuǎn)態(tài)為狀態(tài)(M1，M2)＝(L，H)時(shí)，第三與第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3與P4則由固定脈沖信號(hào)FP經(jīng)邏輯門65與66而產(chǎn)生。因此，狀態(tài)(M1，M2)＝(L，H)有效地實(shí)現(xiàn)圖3(B)所示的交界降壓模式。
當(dāng)模式選擇信號(hào)MS為狀態(tài)(M1，M2)＝(H，H)時(shí)，邏輯門65阻擋固定脈沖信號(hào)FP施加至邏輯門66。結(jié)果，第三與第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P3與P4由調(diào)變脈沖信號(hào)MP經(jīng)邏輯門64與66而產(chǎn)生。另一方面，邏輯門61阻擋調(diào)變脈沖信號(hào)MP施加至邏輯門63，并且邏輯門62阻擋固定脈沖信號(hào)FP施加至邏輯門63。結(jié)果，第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1維持于高電平H且第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P2維持于低電平L。因此，狀態(tài)(M1，M2)＝(H，H)有效地實(shí)現(xiàn)圖3(D)所示的單純升壓模式。當(dāng)模式選擇信號(hào)MS轉(zhuǎn)態(tài)為狀態(tài)(M1，M2)＝(H，L)時(shí)，第一與第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1與P2則由固定脈沖信號(hào)FP經(jīng)邏輯門62與63而產(chǎn)生。因此，狀態(tài)(M1，M2)＝(L，H)有效地實(shí)現(xiàn)圖3(C)所示的交界升壓模式。
圖7(A)顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器之第二例子的電路圖。第二例子不同于第一例子之處在于第二例子之切換電路71的輸入切換單元與輸出切換單元都屬于非同步切換型態(tài)的電路。具體而言，在輸入切換單元中的第二切換單元S2由二極管X2所取代，而在輸出切換單元中的第三切換單元S3由二極管X3所取代。圖1所示的切換控制電路11也可有效地應(yīng)用于第二例子的非同步切換電路71。由于二極管X2與X3被動(dòng)式開關(guān)元件，故切換控制電路11只須分別提供第一與第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1與P4以控制第一與第四切換單元S1與S4。
圖7(B)顯示依據(jù)本發(fā)明的升降式電壓轉(zhuǎn)換器的第三例子的電路圖。第三例子不同于第二例子之處在于第三例子之切換電路72中僅將輸入切換單元改為非同步切換型態(tài)的電路。具體而言，在輸入切換單元中的第二切換單元S2由二極管X2所取代。圖1所示的切換控制電路11也可有效地應(yīng)用于第三例子的非同步切換電路72。由于二極管X2被動(dòng)式開關(guān)元件，故切換控制電路11只須分別提供第一、第三、與第四驅(qū)動(dòng)信號(hào)P1、P3、與P4以控制第一、第三、與第四切換單元S1、S3、與S4。請(qǐng)注意依據(jù)本發(fā)明的切換控制電路11也可有效地應(yīng)用于倘若切換電路中僅將輸出切換單元的第三切換單元S3改為二極管X3的例子。
雖然本發(fā)明已經(jīng)借助于較佳實(shí)施例作為例示加以說明，應(yīng)當(dāng)了解本發(fā)明不限于此被揭露的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明意欲涵蓋對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員而言明顯的各種修改與相似配置。因此，權(quán)利要求的范圍應(yīng)根據(jù)最廣的詮釋，以包容所有此類修改與相似配置。
權(quán)利要求
1.一種升降式電壓轉(zhuǎn)換器，包含一切換電路，具有一輸入切換單元，用以選擇性耦合一電感的一第一端至一輸入電壓和一地面電位，以及一輸出切換單元，用以選擇性耦合該電感的一第二端至一輸出電壓和該地面電位；一第一脈沖產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生一第一脈沖信號(hào)，其具有一第一占空比，該第一占空比響應(yīng)于該輸出電壓而調(diào)變；一第二脈沖產(chǎn)生電路，用以產(chǎn)生一第二脈沖信號(hào)，其具有一第二占空比，該第二占空比是一大于零且小于一的固定值；以及一模式控制電路，用以控制該切換電路操作于至少一單純模式，使得該輸入切換單元與該輸出切換單元中的一個(gè)由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且該輸入切換單元與該輸出切換單元中的另一個(gè)維持于一固定的耦合狀態(tài)，以及至少一交界模式，使得該輸入切換單元與該輸出切換單元中的一個(gè)由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且該輸入切換單元與該輸出切換單元中的另一個(gè)由該第二脈沖信號(hào)所控制。
2.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)該第一占空比小于一預(yù)定的臨界占空比時(shí)，該模式控制電路使該切換電路操作于該至少一單純模式。
3.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中當(dāng)該第一占空比大于一預(yù)定的臨界占空比時(shí)，該模式控制電路使該切換電路操作于該至少一交界模式。
4.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中該至少一單純模式具有一單純降壓模式，使得該輸入切換單元由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且該輸出切換單元維持于固定耦合該電感的該第二端至該輸出電壓，以及一單純升壓模式，使得該輸出切換單元由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且該輸入切換單元維持于固定耦合該電感的該第一端至該輸入電壓。
5.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中該至少一交界模式具有一交界降壓模式，使得該輸入切換單元由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且該輸出切換單元由該第二脈沖信號(hào)所控制，以及一交界升壓模式，使得該輸出切換單元由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且該輸入切換單元由該第二脈沖信號(hào)所控制。
6.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中該第一脈沖產(chǎn)生電路具有一反饋電路，用以產(chǎn)生一反饋信號(hào)，代表該輸出電壓；一誤差放大電路，用以依據(jù)該反饋信號(hào)與一預(yù)定的參考電壓而產(chǎn)生一第一誤差信號(hào)與一第二誤差信號(hào)；一傳輸控制電路，用以選擇性允許該第一誤差信號(hào)與該第二誤差信號(hào)通過；一振蕩電路，用以產(chǎn)生一振蕩信號(hào)；以及一比較電路，用以產(chǎn)生該第一脈沖信號(hào)，其中當(dāng)該傳輸控制電路允許該第一誤差信號(hào)通過時(shí)，該第一脈沖信號(hào)由比較該第一誤差信號(hào)與該振蕩信號(hào)而產(chǎn)生，而當(dāng)該傳輸控制電路允許該第二誤差信號(hào)通過時(shí)，該第一脈沖信號(hào)由比較該第二誤差信號(hào)與該振蕩信號(hào)而產(chǎn)生。
7.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中該模式控制電路具有一占空比監(jiān)測(cè)電路，用以監(jiān)測(cè)該第一脈沖信號(hào)的該第一占空比；一模式選擇電路，用以響應(yīng)于該占空比監(jiān)測(cè)電路而產(chǎn)生一模式選擇信號(hào)；以及一驅(qū)動(dòng)邏輯電路，用以基于該模式選擇信號(hào)而控制該第一脈沖信號(hào)和該第二脈沖信號(hào)施加至該切換電路。
8.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中該占空比監(jiān)測(cè)電路具有一第一判斷單元，用以產(chǎn)生一第一判斷信號(hào)，其指示出該第一占空比是否超過一預(yù)定的臨界占空比，以及一第二判斷單元，用以產(chǎn)生一第二判斷信號(hào)，其指示出該第一占空比是否超過一。
9.如權(quán)利要求1所述的升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中該模式選擇電路由一有限狀態(tài)機(jī)所實(shí)施，響應(yīng)于該占空比監(jiān)測(cè)電路而進(jìn)行狀態(tài)變換。
10.一種轉(zhuǎn)換電壓的方法，應(yīng)用于一切換電路，該切換電路具有一輸入切換單元，用以選擇性耦合一電感的一第一端至一輸入電壓和一地面電位，以及一輸出切換單元，用以選擇性耦合該電感的一第二端至一輸出電壓和該地面電位，該方法包含產(chǎn)生一第一脈沖信號(hào)，其具有一第一占空比，該第一占空比響應(yīng)于該輸出電壓而調(diào)變；產(chǎn)生一第二脈沖信號(hào)，其具有一第二占空比，該第二占空比是一大于零且小于一的固定值；監(jiān)測(cè)該第一脈沖信號(hào)的該第一占空比；以及當(dāng)該第一占空比大于一預(yù)定的臨界占空比時(shí)，使該輸入切換單元與該輸出切換單元中的一個(gè)由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且使該輸入切換單元與該輸出切換單元中的另一個(gè)由該第二脈沖信號(hào)所控制。
11.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換電壓的方法，還包含當(dāng)該第一占空比小于該預(yù)定的臨界占空比時(shí)，使該輸入切換單元與該輸出切換單元中的一個(gè)由該第一脈沖信號(hào)所控制，并且維持該輸入切換單元與該輸出切換單元中的另一個(gè)于一固定的耦合狀態(tài)。
12.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)換電壓的方法，其中在關(guān)于該第一占空比小于該預(yù)定的臨界占空比的該步驟中，當(dāng)該輸入切換單元由該第一脈沖信號(hào)所控制時(shí)，該輸出切換單元維持于固定耦合該電感的該第二端至該輸出電壓，而當(dāng)該輸出切換單元由該第一脈沖信號(hào)所控制時(shí)，該輸入切換單元維持于固定耦合該電感的該第一端至該輸入電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種升降式電壓轉(zhuǎn)換器，其中輸入切換單元選擇性耦合電感的第一端至輸入電壓與地面電位。輸出切換單元選擇性耦合電感的第二端至輸出電壓與地面電位。第一脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有第一占空比的第一脈沖信號(hào)。第一占空比響應(yīng)于該輸出電壓而調(diào)變。第二脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生具有第二占空比的第二脈沖信號(hào)。第二占空比一大于零且小于一的固定值。當(dāng)?shù)谝徽伎毡却笥谝活A(yù)定的臨界占空比時(shí)，模式控制電路使輸入切換單元與輸出切換單元中的一個(gè)由第一脈沖信號(hào)所控制，并且使輸入切換單元與輸出切換單元中的另一個(gè)由第二脈沖信號(hào)所控制。
文檔編號(hào)H02M3/07GK1885697SQ20051007862
公開日2006年12月27日 申請(qǐng)日期2005年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年6月23日
發(fā)明者陳天賜, 曾光男, 蔡育明 申請(qǐng)人:圓創(chuàng)科技股份有限公司