降壓式交直流轉(zhuǎn)換器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明揭示了一種降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其包括整流模塊、輸出電容、高側(cè)開(kāi)關(guān)以及控制模塊。整流模塊用以接收并根據(jù)輸入電壓提供操作電壓。高側(cè)開(kāi)關(guān)用以接收并根據(jù)脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以操作性輸出開(kāi)關(guān)電流，其中開(kāi)關(guān)電流用以充電輸出電感，以令輸出電感提供電感電流，電感電流用以充電該輸出電容?？刂颇K用以感測(cè)相應(yīng)于開(kāi)關(guān)電流的感測(cè)電壓，并用以根據(jù)感測(cè)電壓決定脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的工作周期。高側(cè)開(kāi)關(guān)還用以藉由操作電壓以操作性提升控制模塊的接地端點(diǎn)的電壓。
【專(zhuān)利說(shuō)明】降壓式交直流轉(zhuǎn)換器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種電壓轉(zhuǎn)換器，特別是涉及一種降壓式交直流轉(zhuǎn)換器((AC/DC buckconverter))。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著電子技術(shù)的發(fā)展，各式電壓轉(zhuǎn)換器已普遍地應(yīng)用在電子裝置中，如交直流轉(zhuǎn)換器或直流轉(zhuǎn)換器等。
[0003]傳統(tǒng)上，具有高功率因素的交直流轉(zhuǎn)換器主要采行升壓式(boost)架構(gòu)。在此架構(gòu)中，是將輸出電壓升壓并保持在一高直流電壓電平，并感測(cè)輸入電壓，以令輸入電流跟隨輸入電壓變化。然而，在如此的架構(gòu)下，交直流轉(zhuǎn)換器需通過(guò)額外的降壓電路以降壓輸出電壓，使輸出電壓得以供應(yīng)至一般電子產(chǎn)品。如此一來(lái)，將增加交直流轉(zhuǎn)換器額外的電路元件，而造成交直流轉(zhuǎn)換器的面積及成本限制。
[0004]因此，一種具有精簡(jiǎn)電路元件的交直流轉(zhuǎn)換器需被提出。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的一態(tài)樣為一種降壓式交直流轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器用以接收一輸入電壓，并用以輸出一輸出電壓。該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器包括:一整流模塊、一輸出電容、一高側(cè)開(kāi)關(guān)、以及一控制模塊。該整流模塊用以接收并根據(jù)該輸入電壓，提供一操作電壓。該輸出電容用以提供該輸出電壓。該高側(cè)開(kāi)關(guān)用以接收并根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以操作性輸出一開(kāi)關(guān)電流。該開(kāi)關(guān)電流用以充電一輸出電感，以令該輸出電感提供一電感電流，該電感電流用以充電該輸出電容。該控制模塊用以感測(cè)相應(yīng)于該開(kāi)關(guān)電流的一感測(cè)電壓，并用以根據(jù)該感測(cè)電壓決定該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的一工作周期。其中該高側(cè)開(kāi)關(guān)還用以藉由該操作電壓以操作性提升該控制模塊的一接地端點(diǎn)的電壓。
[0006]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其中在該高側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有一高電壓電平，在該高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有一低電壓電平。
[0007]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其中在該高側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的情形下，該控制模塊利用該高接地電壓電平升壓該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以驅(qū)動(dòng)該高側(cè)開(kāi)關(guān)。
[0008]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其中該開(kāi)關(guān)電流流過(guò)一感測(cè)電阻，以產(chǎn)生該感測(cè)電壓，該控制模塊實(shí)質(zhì)上用以感測(cè)該感測(cè)電壓與該操作電壓的一電壓差，并用以根據(jù)該感測(cè)電壓與該操作電壓的該電壓差決定該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的該工作周期。
[0009]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其中該控制模塊還用以比較該電壓差與一閾值電壓，在該電壓差大于該閾值電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由一第一脈沖電壓電平切換為一第二脈沖電壓電平。
[0010]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該控制模塊包括一誤差放大器、一積分器、一加法器、以及一比較器。該誤差放大器用以接收并比較一回授電壓與一第一參考電壓，并根據(jù)該回授電壓與該第一參考電壓決定一比較電壓。該積分，用以接收并積分該比較電壓。該加法器用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓，并用以計(jì)算積分后的該比較電壓及該操作電壓的和。該比較器用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓的和以及該比較電壓，其中在積分后的該比較電壓及該操作電壓的和大于該比較電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由該第一脈沖電壓電平切換為該第二脈沖電壓電平。
[0011]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，降壓式交直流轉(zhuǎn)換器還包括一回授模塊，用以接收并根據(jù)該輸出電壓決定該回授電壓，并用以輸出該回授電壓至該控制模塊。
[0012]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該控制模塊包括一過(guò)電流保護(hù)器，用以接收并比較該操作電壓與一第二參考電壓，其中在該操作電壓大于該第二參考電壓的情況下，該控制模塊不輸出該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)。
[0013]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，降壓式交直流轉(zhuǎn)換器還包括一電壓供應(yīng)模塊，用以接收并根據(jù)該操作電壓以及該輸出電壓以進(jìn)行充電，并用以提供一供應(yīng)電壓至該控制模塊。
[0014]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該開(kāi)關(guān)電流與該操作電壓同相位變化。
[0015]本發(fā)明的另一態(tài)樣為另一種降壓式交直流轉(zhuǎn)換器。根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器用以接收一輸入電壓，并用以輸出一輸出電壓。該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器包括:一整流模塊、一輸出電容、感應(yīng)線圈對(duì)、一高側(cè)開(kāi)關(guān)、以及一控制模塊。該整流模塊用以接收并根據(jù)該輸入電壓，提供一操作電壓。該輸出電容用以提供該輸出電壓。該感應(yīng)線圈對(duì)包括彼此I禹接的一初級(jí)感應(yīng)線圈以及一次級(jí)感應(yīng)線圈。該高側(cè)開(kāi)關(guān)用以接收并根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以操作性輸出一開(kāi)關(guān)電流。該開(kāi)關(guān)電流用以提供至該初級(jí)感應(yīng)線圈，以令該次級(jí)感應(yīng)線圈提供一次級(jí)電感電流，該次級(jí)電感電流用以充電該輸出電容。該控制模塊用以感測(cè)相應(yīng)于該開(kāi)關(guān)電流的一感測(cè)電壓，并用以根據(jù)該感測(cè)電壓決定該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的一工作周期。其中該高側(cè)開(kāi)關(guān)還用以藉由該操作電壓以操作性提升該控制模塊的一接地端點(diǎn)的電壓。
[0016]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其中在該高側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有相應(yīng)于該操作電壓的一高電壓電平，該控制模塊利用該高電壓電平升壓該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以驅(qū)動(dòng)該高側(cè)開(kāi)關(guān)。在該高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有一低電壓電平。
[0017]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，其中該開(kāi)關(guān)電流流過(guò)一感測(cè)電阻，以產(chǎn)生該感測(cè)電壓，該控制模塊用以感測(cè)該感測(cè)電壓與該操作電壓的一電壓差，并用以比較該電壓差與一閾值電壓，在該感測(cè)電壓大于該閾值電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由一第一脈沖電壓電平切換為一第二脈沖電壓電平。
[0018]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該控制模塊包括一誤差放大器、一積分器、一加法器、以及一比較器。該誤差放大器用以接收并比較一回授電壓與一第一參考電壓，并根據(jù)該回授電壓與該第一參考電壓決定一比較電壓。該積分，用以接收并積分該比較電壓。該加法器用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓，并用以計(jì)算積分后的該比較電壓及該操作電壓的和。該比較器用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓的和以及該比較電壓，其中在積分后的該比較電壓及該操作電壓的和大于該比較電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由該第一脈沖電壓電平切換為該第二脈沖電壓電平。
[0019]根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例，該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器還包括一電壓供應(yīng)模塊，用以接收并根據(jù)該操作電壓以及該輸出電壓以進(jìn)行充電，并用以提供一供應(yīng)電壓至該控制模塊。
[0020]通過(guò)應(yīng)用上述的一實(shí)施例，可藉由操作性地提升控制模塊的接地端點(diǎn)的電壓，可讓控制模塊得以在高壓下驅(qū)動(dòng)高側(cè)開(kāi)關(guān)，以進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的操作，從而實(shí)現(xiàn)交直流降壓轉(zhuǎn)換器。
[0021]另外,通過(guò)應(yīng)用上述的另一實(shí)施例,可利用單周期控制(one cycle control),以在脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的周期中通過(guò)開(kāi)關(guān)電流及回授電壓調(diào)整脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的工作周期，而使開(kāi)關(guān)電流與操作電壓同相位變化。如此一來(lái)，交直流降壓轉(zhuǎn)換器可具有高功率因素以及高轉(zhuǎn)換效率。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器(AC/DC buck converter)的不意圖；
[0023]圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器的訊號(hào)波形圖；
[0024]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器的控制模塊的示意圖；
[0025]圖4為根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0026]附圖符號(hào)說(shuō)明
[0027]100,400:交直流降壓轉(zhuǎn)換器
[0028]110:整流模塊
[0029]120:控制模塊
[0030]121:誤差放大器
[0031]122:積分器
[0032]123:加法器
[0033]124:比較器
[0034]125:振蕩器
[0035]126:控制單元
[0036]127:過(guò)電流保護(hù)單元
[0037]130:電壓供應(yīng)模塊
[0038]140:回授模塊
[0039]450:感應(yīng)線圈對(duì)
[0040]460:緩沖器
[0041]Lp、Ls:感應(yīng)線圈
[0042]Ql:高側(cè)開(kāi)關(guān)
[0043]L1:輸出電感
[0044]Cout:輸出電容
[0045]VAC、VIN, VCC, VISNS, VGND, VCOMP, VFB, Vout, VLp, VLs:電壓
[0046]VGATE, Sff, CLK、OCP:訊號(hào)
[0047]ILl、12:電流
[0048]VG:虛接地
[0049]FB、GATE、COMP、VCC、GND、ISNS:端點(diǎn)
[0050]BDl:整流器
[0051]Cl_C3、Cs:電容
[0052]Rl-R4、Rs:電阻
[0053]Dl_D2、Dp: 二極管
[0054]Ta:周期
[0055]Ton、Toff:期間
[0056]Vth:閾值電壓
[0057]VREFl、VREF2:參考電壓

【具體實(shí)施方式】
[0058]以下將以附圖及詳細(xì)敘述清楚說(shuō)明本
【發(fā)明內(nèi)容】
的精神，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在了解本
【發(fā)明內(nèi)容】
的較佳實(shí)施例后，可由本
【發(fā)明內(nèi)容】
所教示的技術(shù)，加以改變及修飾，但其并不脫離本
【發(fā)明內(nèi)容】
的精神與范圍。
[0059]關(guān)于本文中所使用的『電性連接』及『耦接』，可指二個(gè)或多個(gè)元件相互直接作實(shí)體或電性接觸，或是相互間接作實(shí)體或電性接觸，而『電性連接』及『耦接』還可指二個(gè)或多個(gè)元件相互操作或動(dòng)作。
[0060]圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器(AC/DC buckconverter) 100的示意圖。降壓式交直流轉(zhuǎn)換器100用以接收一輸入電壓VAC,并用以輸出一輸出電壓Vout。交直流降壓轉(zhuǎn)換器100可包括整流模塊110、控制模塊120、電壓供應(yīng)模塊130、回授模塊140、高側(cè)開(kāi)關(guān)Q1、感測(cè)電阻R2、輸出電感LI以及輸出電容Cout。
[0061]在結(jié)構(gòu)上，整流模塊110可電性連接輸入電壓VAC、高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql與電壓供應(yīng)模塊130。控制模塊120可通過(guò)端點(diǎn)GATE電性連接高側(cè)開(kāi)關(guān)Q1、通過(guò)端點(diǎn)ISNS電性連接感測(cè)電阻R2,通過(guò)接地端點(diǎn)GND電性連接輸出電感LI以及虛接地(virtual ground) VG、通過(guò)端點(diǎn)VCC電性連接電壓供應(yīng)模塊130以及通過(guò)端點(diǎn)FB電性連接回授模塊140。另外，電容C3可電性連接于控制模塊120的端點(diǎn)COMP與接地端點(diǎn)GND之間。電壓供應(yīng)模塊130可電性連接(例如是通過(guò)二極管D2電性連接)輸出電感LI并電性連接虛接地VG?；厥谀K140可電性連接(例如是通過(guò)二極管D2電性連接)輸出電感LI并電性連接虛接地VG。
[0062]高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql的第一端可電性連接整流模塊110與電壓供應(yīng)模塊130，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql的第二端可電性連接控制模塊120的端點(diǎn)ISNS及感測(cè)電阻R2的第一端，并通過(guò)感測(cè)電阻R2電性連接輸出電感LI的第一端與虛接地VG，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql的控制端可電性連接控制模塊120的端點(diǎn)GATE。感測(cè)電阻R2的第一端可接地(例如是通過(guò)二極管Dl接地)，感測(cè)電阻R2的第二端可電性連接輸出電感LI的第一端與虛接地VG。輸出電感LI的第二端可電性連接輸出電容Cout的第一端及輸出電壓Vout。輸出電容Cout的第一端可通過(guò)二極管D2電性連接電壓供應(yīng)模塊130及回授模塊140。輸出電容Cout的第二端可接地。
[0063]整流模塊110可接收并根據(jù)輸入電壓VAC，提供操作電壓VIN。舉例而言，整流模塊110可包括彼此電性連接的一整流器BDl以及一濾波電容Cl。整流器BDl可用以整流(rectify)輸入電壓VAC，濾波電容Cl可用以濾波整流后的輸入電壓VAC，以提供操作電壓VIN。
[0064]高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql可用以接收并根據(jù)控制模塊120輸出的脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE以操作性輸出一開(kāi)關(guān)電流12。例如，在脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE為高電壓電平的情形下，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql輸出開(kāi)關(guān)電流12，在脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE為低電壓電平的情形下，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql不輸出開(kāi)關(guān)電流12。其中開(kāi)關(guān)電流12可用以充電輸出電感LI，以令輸出電感LI提供一電感電流ILl至輸出電容Cout。輸出電容Cout可用以接收并根據(jù)電感電流ILl充電，并用以提供輸出電壓Vout。在一實(shí)施例中，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql可用功率晶體管實(shí)現(xiàn)。
[0065]電壓供應(yīng)模塊130可用以接收并根據(jù)操作電壓VIN與輸出電壓Vout進(jìn)行充電，并用以提供供應(yīng)電壓至控制模塊120的端點(diǎn)VCC。舉例而言，在起始狀態(tài)下，電壓供應(yīng)模塊130可接收并根據(jù)操作電壓VIN進(jìn)行充電，以提供供應(yīng)電壓至控制模塊120。而在輸出電壓Vout達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，電壓供應(yīng)模塊130還可接收并根據(jù)輸出電壓Vout進(jìn)行充電，以提供供應(yīng)電壓至控制模塊120。
[0066]回授模塊140可用以接收并根據(jù)輸出電壓Vout決定回授電壓VFB，并用以輸出回授電壓VFB至控制模塊120的端點(diǎn)FB。
[0067]控制模塊120可用以通過(guò)端點(diǎn)FB接收回授電壓VFB，通過(guò)端點(diǎn)VCC接收供應(yīng)電壓，并通過(guò)端點(diǎn)ISNS及接地端點(diǎn)GND感測(cè)相應(yīng)于開(kāi)關(guān)電流12的感應(yīng)電壓VGND。控制模塊120可根據(jù)回授電壓VFB以及感測(cè)到的開(kāi)關(guān)電流12決定脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的工作周期D (duty cycle)。例如，當(dāng)開(kāi)關(guān)電流12和/或回授電壓VFB較高時(shí),控制模塊120可減少脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的工作周期D，當(dāng)開(kāi)關(guān)電流12和/或回授電壓VFB較低時(shí)，控制模塊120可增加脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的工作周期D。
[0068]另一方面，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql可用以接收操作電壓VIN，并用以根據(jù)脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE,以藉由操作電壓VIN操作性提升控制模塊120的接地端點(diǎn)GND (即虛接地VG)的電壓(例如是感應(yīng)電壓VGND)，并使控制模塊120根據(jù)提升的接地端點(diǎn)GND的電壓驅(qū)動(dòng)高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql。例如，在脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE為高脈沖電壓電平的情形下，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql開(kāi)啟，使操作電壓VIN提升控制模塊120的接地端點(diǎn)GND的電壓至高電壓電平。在脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE為低脈沖電壓電平的情形下，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql關(guān)閉，使控制模塊120的接地端點(diǎn)GND的電壓下降至低電壓電平。應(yīng)注意的是，當(dāng)接地端點(diǎn)GND的電壓下降至低電壓電平時(shí)，供應(yīng)電壓以及回授電壓VFB亦會(huì)隨接地端點(diǎn)GND的電壓下降(例如是下降高、低電壓電平的電位差)。
[0069]通過(guò)上述的設(shè)置，交直流降壓轉(zhuǎn)換器100可被實(shí)現(xiàn)。其中藉由操作性地提升控制模塊120的接地端點(diǎn)的電壓，可讓控制模塊120得以在高壓下驅(qū)動(dòng)高側(cè)開(kāi)關(guān)Q1，以進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換的操作。
[0070]另一方面,在本實(shí)施例中，控制模塊120可利用單周期控制(one cycle control),以在脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的周期Ta中通過(guò)開(kāi)關(guān)電流12及回授電壓VFB調(diào)整脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的工作周期D，而使開(kāi)關(guān)電流12與操作電壓VIN同相位變化，例如，當(dāng)操作電壓VIN為波峰時(shí)，開(kāi)關(guān)電流亦為波峰；當(dāng)操作電壓VIN為波谷時(shí)，開(kāi)關(guān)電流亦為波谷。[0071 ] 如此一來(lái)，由于開(kāi)關(guān)電流跟隨操作電壓VIN變化，交直流降壓轉(zhuǎn)換器100可具有高功率因素以及高轉(zhuǎn)換效率。
[0072]在本發(fā)明一實(shí)施例中，開(kāi)關(guān)電流12可流過(guò)感測(cè)電阻R2，以在開(kāi)關(guān)電流12流出感測(cè)電阻R2的一端形成感測(cè)電壓VGND，其中感測(cè)電壓VGND相應(yīng)開(kāi)關(guān)電流12的大小。在一實(shí)施例中，VGND=VISNS-12XR2，其中端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS可大致等于操作電壓VIN?？刂颇K120可通過(guò)感測(cè)感測(cè)電壓VGND與端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS的電壓差以得知開(kāi)關(guān)電流12的大小，并根據(jù)感測(cè)電壓VGND與端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS的電壓差決定脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的工作周期D。例如，控制模塊120可比較感測(cè)電壓VGND與端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS的電壓差與相應(yīng)于輸出電壓Vout的閾值電壓Vth，并在感測(cè)電壓VGND與端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS的電壓差大于閾值電壓Vth的情況下,將脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE由第一脈沖電壓電平(例如是高脈沖電壓電平)切換為第二脈沖電壓電平(例如是低脈沖電壓電平)，以關(guān)閉高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql。
[0073]同時(shí)參照?qǐng)D2，圖2為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器100的訊號(hào)波型圖。如圖所示，于周期Ta中，在期間Ton時(shí)，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql開(kāi)啟。此時(shí)，控制模塊120的端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS被提升至操作電壓VIN，使接地端點(diǎn)GND的電壓(即感測(cè)電壓VGND)同時(shí)被提升，而具有高電壓電平?？刂颇K120可利用高電壓電平升壓脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE，并藉由升壓后的脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE與電壓VISNS的電壓差以驅(qū)動(dòng)高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql0此時(shí)，開(kāi)關(guān)電流12與電感電流ILl逐步上升，以充電輸出電容Cout，使輸出電壓Vout逐步上升。另一方面，此時(shí)，感測(cè)電壓GND隨開(kāi)關(guān)電流12下降。
[0074]于周期Ta中，在期間Ton切換為期間Toff時(shí)，感測(cè)電壓GND與與端點(diǎn)ISNS的電壓VISNS的電壓差(即VISNS-VGND)大于閾值電壓Vth，脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE由第一脈沖電壓電平切換為第二脈沖電壓電平，使高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql關(guān)閉，并使控制模塊120的接地端點(diǎn)GND的電壓(即感測(cè)電壓VGND)被下降至低電壓電平。此時(shí)，高側(cè)開(kāi)關(guān)Ql停止提供開(kāi)關(guān)電流12，輸出電感LI自二極管Dl汲取電感電流IL1。
[0075]以下將根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例提供交直流降壓轉(zhuǎn)換器100更詳細(xì)的電路結(jié)構(gòu)，然而本發(fā)明不以下述的實(shí)施例為限。
[0076]在本發(fā)明一實(shí)施例中，電壓供應(yīng)模塊130可包括電阻Rl與電容C2。電容C2的第一端可通過(guò)電阻Rl電性連接操作電壓VIN、電性連接端點(diǎn)VCC以及通過(guò)二極管D2電性連接輸出電壓Vout，電容C2的第二端可電性連接虛接地VG。在起始狀態(tài)下，操作電壓VIN可通過(guò)電阻Rl以小電流對(duì)電容C2充電。電容C2可提供供應(yīng)電壓至控制模塊120，在供應(yīng)電壓大于一操作閾值時(shí)，控制模塊120開(kāi)始運(yùn)作。另一方面，在輸出電壓Vout達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)的情況下，輸出電壓Vout可通過(guò)二極管D2對(duì)電容C2充電，并輸出隨接地端點(diǎn)GND的電壓變化的供應(yīng)電壓至控制模塊120。
[0077]回授模塊140可包括電阻R3與電阻R4。電阻R3的第一端可通過(guò)二極管D2電性連接輸出電壓Vout，第二端可電性連接電阻R4的第一端。電阻R4的第一端電性連接控制模塊120的端點(diǎn)FB，第二端可電性連接虛接地VG。電阻R3與電阻R4通過(guò)二極管D2分壓輸出電壓Vout，并輸出隨接地端點(diǎn)GND的電壓變化的回授電壓VFB至控制模塊120。
[0078]圖3為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例所繪示的交直流降壓轉(zhuǎn)換器100的控制模塊120的示意圖。控制模塊120可包括誤差放大器121、積分器122、加法器123、比較器124、振蕩器125、控制單元126以及過(guò)電流保護(hù)單元127。
[0079]誤差放大器121可用以接收并比較回授電壓VFB與第一參考電壓VREFl，并根據(jù)回授電壓VFB與第一參考電壓VERFl決定比較電壓VC0MP。例如，在回授電壓VFB大于第一參考電壓VREFl的情況下，誤差放大器121提高比較電壓VC0MP，在回授電壓VFB小于第一參考電壓VREFl的情況下，誤差放大器121降低比較電壓VC0MP。
[0080]積分器122可用以接收并積分比較電壓VC0MP。加法器123可用以接收積分后的比較電壓VCOMP及電壓VISNS (例如是操作電壓VIN)，并用以計(jì)算積分后的比較電壓VCOMP及電壓VISNS的和。比較器124可用以接收并比較積分后的比較電壓VCOMP及電壓VISNS的和以及比較電壓VC0MP，以輸出切換訊號(hào)SW至控制單元126。例如，在比較電壓VCOMP及電壓VISNS的和大于比較電壓VCOMP的情況下，比較器124輸出切換訊號(hào)SW(例如是高電壓電平)。
[0081]振蕩器125用以提供具有周期Ta的時(shí)鐘訊號(hào)CLK至控制單元126。
[0082]過(guò)電流保護(hù)單元127用以接收并比較第二參考電壓VREF2以及電壓VISNS，以輸出過(guò)電流保護(hù)訊號(hào)OCP至控制單元126。例如，在感測(cè)電壓VISNS大于第二參考電壓VREF2的情況下，過(guò)電流保護(hù)單元127輸出過(guò)電流保護(hù)訊號(hào)OCP(例如是高電壓電平)。過(guò)電流保護(hù)單元127例如可用比較器實(shí)現(xiàn)。
[0083]控制單元126用以接收切換訊號(hào)SW、時(shí)鐘訊號(hào)CLK以及過(guò)電流保護(hù)訊號(hào)0CP，并據(jù)以輸出脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE。在一實(shí)施例中，在接收到過(guò)電流保護(hù)訊號(hào)OCP的情況下，控制單元126不輸出脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE(例如為低脈沖電壓電平)。在未接收到過(guò)電流保護(hù)訊號(hào)OCP (例如是低電壓電平)的情況下，控制單元126例如可相應(yīng)時(shí)鐘訊號(hào)CLK的正緣或負(fù)緣輸出具第一脈沖電壓電平的脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE，相應(yīng)切換訊號(hào)SW輸出具有第二脈沖電壓電平的脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE?？刂茊卧?26例如可以電路實(shí)現(xiàn)。
[0084]通過(guò)上述的設(shè)置，開(kāi)關(guān)電流12、比較電壓VCOMP以及脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)VGATE的工作周期D可滿(mǎn)足以下式1:

【權(quán)利要求】
1.一種降壓式交直流轉(zhuǎn)換器,用以接收一輸入電壓,并用以輸出一輸出電壓，其中該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器包括: 一整流模塊，用以接收并根據(jù)該輸入電壓，提供一操作電壓； 一輸出電容，用以提供該輸出電壓； 一高側(cè)開(kāi)關(guān)，用以接收并根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以操作性輸出一開(kāi)關(guān)電流，其中該開(kāi)關(guān)電流用以充電一輸出電感，以令該輸出電感提供一電感電流，該電感電流用以充電該輸出電容；以及 一控制模塊，用以感測(cè)相應(yīng)于該開(kāi)關(guān)電流的一感測(cè)電壓，并用以根據(jù)該感測(cè)電壓決定該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的一工作周期； 其中該高側(cè)開(kāi)關(guān)還用以藉由該操作電壓以操作性提升該控制模塊的一接地端點(diǎn)的電壓。
2.如權(quán)利要求1所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中在該高側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有一高電壓電平，在該高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有一低電壓電平。
3.如權(quán)利要 求2所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中在該高側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的情形下，該控制模塊利用該高接地電壓電平升壓該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以驅(qū)動(dòng)該高側(cè)開(kāi)關(guān)。
4.如權(quán)利要求1所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該開(kāi)關(guān)電流流過(guò)一感測(cè)電阻，以產(chǎn)生該感測(cè)電壓，該控制模塊實(shí)質(zhì)上是用以感測(cè)該感測(cè)電壓與該操作電壓的一電壓差，并用以根據(jù)該感測(cè)電壓與該操作電壓的該電壓差決定該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的該工作周期。
5.如權(quán)利要求4所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該控制模塊還用以比較該電壓差與一閾值電壓，在該電壓差大于該閾值電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由一第一脈沖電壓電平切換為一第二脈沖電壓電平。
6.如權(quán)利要求5所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該控制模塊包括: 一誤差放大器，用以接收并比較一回授電壓與一第一參考電壓，并根據(jù)該回授電壓與該第一參考電壓決定一比較電壓； 一積分器，用以接收并積分該比較電壓； 一加法器，用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓，并用以計(jì)算積分后的該比較電壓及該操作電壓的和；以及 一比較器，用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓的和以及該比較電壓，其中在積分后的該比較電壓及該操作電壓的和大于該比較電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由該第一脈沖電壓電平切換為該第二脈沖電壓電平。
7.如權(quán)利要求6所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，還包括一回授模塊，用以接收并根據(jù)該輸出電壓決定該回授電壓，并用以輸出該回授電壓至該控制模塊。
8.如權(quán)利要求5所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該控制模塊包括一過(guò)電流保護(hù)器，用以接收并比較該操作電壓與一第二參考電壓，其中在該操作電壓大于該第二參考電壓的情況下，該控制模塊不輸出該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)。
9.如權(quán)利要求1所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，還包括一電壓供應(yīng)模塊，用以接收并根據(jù)該操作電壓以及該輸出電壓以進(jìn)行充電，并用以提供一供應(yīng)電壓至該控制模塊。
10.如權(quán)利要求1所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該開(kāi)關(guān)電流與該操作電壓同相位變化。
11.一種降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，用以接收一輸入電壓，并用以輸出一輸出電壓，其中該降壓式交直流轉(zhuǎn)換器包括: 一整流模塊，用以接收并根據(jù)該輸入電壓，提供一操作電壓； 一輸出電容，用以提供該輸出電壓； 一感應(yīng)線圈對(duì)，包括彼此耦接的一初級(jí)感應(yīng)線圈以及一次級(jí)感應(yīng)線圈； 一高側(cè)開(kāi)關(guān)，用以接收并根據(jù)一脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以操作性輸出一開(kāi)關(guān)電流，其中該開(kāi)關(guān)電流用以提供至該初級(jí)感應(yīng)線圈，以令該次級(jí)感應(yīng)線圈提供一次級(jí)電感電流，該次級(jí)電感電流用以充電該輸出電容；以及 一控制模塊，用以感測(cè)相應(yīng)于該開(kāi)關(guān)電流的一感測(cè)電壓，并用以根據(jù)該感測(cè)電壓決定該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)的一工作周期； 其中該高側(cè)開(kāi)關(guān)還用以藉由該操作電壓以操作性提升該控制模塊的一接地端點(diǎn)的電壓。
12.如權(quán)利要求11所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中在該高側(cè)開(kāi)關(guān)開(kāi)啟的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有相應(yīng)于該操作電壓的一高電壓電平，該控制模塊利用該高電壓電平升壓該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)，以驅(qū)動(dòng)該高側(cè)開(kāi)關(guān)，在該高側(cè)開(kāi)關(guān)關(guān)閉的情形下，該控制模塊的該接地端點(diǎn)具有一低電壓電平。
13.如權(quán)利要求11所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該開(kāi)關(guān)電流流過(guò)一感測(cè)電阻，以產(chǎn)生該感測(cè)電壓，該控制模塊用以感測(cè)該感測(cè)電壓與該操作電壓的一電壓差，并用以比較該電壓差與一閾值電壓，在該感測(cè)電壓大于該閾值電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由一第一脈沖電壓電平切換為一第二脈沖電壓電平。
14.如權(quán)利要求13所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，其中該控制模塊包括: 一誤差放大器，用以接收并比較相應(yīng)于該輸出電壓的一回授電壓與一第一參考電壓，并根據(jù)該回授電壓與該第一參考電壓決定一比較電壓； 一積分器，用以接收并積分該比較電壓； 一加法器，用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓，并用以計(jì)算積分后的該比較電壓及該操作電壓的和；以及 一比較器，用以接收積分后的該比較電壓及該操作電壓的和以及該比較電壓，其中在積分后的該比較電壓及該操作電壓的和大于該比較電壓的情況下，該脈沖寬度調(diào)制訊號(hào)由該第一脈沖電壓電平切換為該第二脈沖電壓電平。
15.如權(quán)利要求11所述的降壓式交直流轉(zhuǎn)換器，還包括一電壓供應(yīng)模塊，用以接收并根據(jù)該操作電壓以及該輸出電壓以進(jìn)行充電，并用以提供一供應(yīng)電壓至該控制模塊。
【文檔編號(hào)】H02M7/217GK104052315SQ201310079393
【公開(kāi)日】2014年9月17日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】范航宇 申請(qǐng)人:原景科技股份有限公司