專利名稱：反饋比較裝置及直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，且特別是有關(guān)于一種輸出電壓 低于參考電壓的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，各種電子產(chǎn)品的電路設(shè)計越來越復(fù)雜，而許多電
路的設(shè)計是要將電池電壓轉(zhuǎn)換成較低的供電電壓，如手機、PM等由電池供電的手 持設(shè)備，又如手提式電腦，而電壓轉(zhuǎn)換器(buck converter)是被使用在一般的電 源供應(yīng)器中作為一基本的電壓調(diào)節(jié)器，因此越來越多的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器被使 用到各種電子產(chǎn)品中。
直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的作用是可以輸出較輸入電壓小的輸出電壓并起到穩(wěn)
壓的作用，請參見圖l，其為公知的一種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器ioo，如圖所示的
直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器100工作時，其接受一個直流的輸入電壓Vin，輸入電壓Vin 可以由堿性電池或鋰電池提供，并且轉(zhuǎn)換成一較低的固定直流輸出電壓Vout，輸 出電壓Vout經(jīng)反饋電路101反饋后通過比較器103與參考電壓Vref作比對，并根 據(jù)比對結(jié)果向驅(qū)動電路105產(chǎn)生一個控制信號，驅(qū)動電路105根據(jù)接收到的控制信 號向功率電路107發(fā)送一驅(qū)動信號，功率電路107連接輸入電壓Vin以及一個穩(wěn)壓 電路109，并且功率電路107根據(jù)接收到的驅(qū)動信號控制輸入電壓Vin與穩(wěn)壓電路 109間導(dǎo)通或斷開的狀態(tài)，而后經(jīng)穩(wěn)壓電路109穩(wěn)壓后輸出一個較穩(wěn)定的輸出電壓 Vout。
但在大部分的可攜帶式的電子產(chǎn)品中，使用堿性電池或鋰電池作為電力的來 源，由于電池的電壓會隨著操作時間與使用時間逐漸降低，為得到一穩(wěn)定的輸出電 壓，因此很多情況下的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器是采用先升壓再電壓的兩級式電壓轉(zhuǎn) 換器。
中國臺灣專利號為1281305的實用新型專利公開了一種雙輸入電壓轉(zhuǎn)換器，包括一比較器比較該輸出電壓Vout及一參考電壓Vref以產(chǎn)生一信號至一控制器， 并由控制器決定切換第一電壓轉(zhuǎn)換電路或第二電壓轉(zhuǎn)換電路，請參見圖2，其為此 專利的一實施例示意圖，晶體管SW1及SW2與電感L及電容Co組成第一電壓轉(zhuǎn)換 電路，晶體管SW2及SW3與電感L及電容Co組成第二電壓轉(zhuǎn)換電路，控制器201 切換晶體管SW1及SW2產(chǎn)生電流I通過電感L對電容Co充電得到輸出電壓Vout， 比較器203比較輸出電壓Vout與參考電壓Vref ，當(dāng)輸出電壓Vout低于參考電壓 Vref時，比較器203的輸出信號Se使控制器201關(guān)閉晶體管SWl，使電壓VDD通 過升壓轉(zhuǎn)換器205升壓后轉(zhuǎn)換為電壓VPP，控制器201切換晶體管SW2及SW3以轉(zhuǎn) 換電壓VPP為輸出電壓Vout，因此雙輸入電壓轉(zhuǎn)換器200可視為先升壓再降壓的 兩級式電壓轉(zhuǎn)換器，它很好地解決了因輸入電壓Vin減小而造成的輸出電壓Vout 減小，從而造成輸出不穩(wěn)定的情況，但現(xiàn)有的直流到直流轉(zhuǎn)換器仍然存在一些缺陷， 可以歸結(jié)為以下幾點
1、 上述的兩極式電壓轉(zhuǎn)換器雖然可以解決輸入電壓Vin減小而造成輸出電壓 Vout不穩(wěn)定的情況，但是并不能在輸出電壓Vout小于參考電壓Vref的狀況下工 作，而是依靠升壓轉(zhuǎn)換器使輸出電壓Vout保持在比參考電壓Vref大的狀態(tài)。然而 因為低工作電壓可以使電子產(chǎn)品在單一芯片上整合進更多晶體管，所以在實際應(yīng)用 中各種電子產(chǎn)品會越來越多地使用到低電壓。由半導(dǎo)體行業(yè)協(xié)會(SIA)發(fā)表的《國 際半導(dǎo)體技術(shù)路線圖(ITRS)》預(yù)計，從目前到2016年這段時間內(nèi)，IC的工作電壓 和工作電流將分別呈下降和上升的趨勢。由此可見許多電子產(chǎn)品需求電壓轉(zhuǎn)換器的 輸出電壓Vout越來越小，直接導(dǎo)致了參考電壓Vref的取值困難，并且更頻繁地出 現(xiàn)輸出電壓Vout小于參考電壓Vref狀況，而傳統(tǒng)的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器無法在 輸出電壓Vout小于參考電壓Vref的狀況下工作，這在直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè)計 中是一個盲點。
2、 上述的雙輸入電壓轉(zhuǎn)換器在輸出電壓Vout小于參考電壓Vref情況下會采 用先升壓后降壓的方法，但是需要在電路中加入升壓轉(zhuǎn)換器、電壓轉(zhuǎn)換電路以及另 外一些相關(guān)電子元件，而目前直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的PCB空間相當(dāng)有限，這不符 合現(xiàn)代電子產(chǎn)品"小身材，大功效"的發(fā)展趨勢，并且，直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器在 電子產(chǎn)品中被廣泛使用，增加直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的電子元件勢必會增加許 多生產(chǎn)制造成本。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種反饋比較裝置，以解決現(xiàn)有技術(shù)中直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器不 能在輸出電壓小于參考電壓的情況下工作的缺點。
本發(fā)明另提供一種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，此直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器可以在 輸出電壓小于參考電壓的情況下轉(zhuǎn)換一輸入電壓至一較低的輸出電壓。
本發(fā)明提出一種反饋比較裝置，使用于一直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器中，此反饋 比較裝置包括比較器以及反饋電壓產(chǎn)生電路。比較器具有第一輸入端、第二輸入端 及輸出端，第一輸入端耦接至一反饋電壓，第二輸入端耦接至一第一參考電壓，輸 出端耦接至直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，比較器比對反饋電壓與第一參考電壓，并根據(jù) 比對結(jié)果向直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器輸出 一控制信號。反饋電壓產(chǎn)生電路耦接至比較 器，用以接收一第二參考電壓以及直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出之一輸出電壓，以 獲得反饋電壓，其中，反饋電壓大于輸出電壓。
依照本發(fā)明的實施例所述的反饋比較裝置包括第一分壓元件以及第二分壓元 件，第一分壓元件的一端耦接至直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的輸出電壓，其另一 端提供反饋電壓。第二分壓元件的一端耦接至第一分壓元件上提供反饋電壓的一 端，其另一端耦接至第二參考電壓。
本發(fā)明另提出一種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換一輸入電壓而獲得一輸 出電壓，此直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器包括反饋比較裝置、驅(qū)動電路、功率電路以及穩(wěn) 壓電路。此反饋比較裝置接收第一參考電壓、第二參考電壓以及輸出電壓，其根據(jù) 輸出電壓以及第二參考電壓，以獲得一反饋電壓，并比對反饋電壓與第一參考電壓， 且根據(jù)比對結(jié)果輸出一控制信號，其中，反饋電壓大于輸出電壓。此驅(qū)動電路耦接 至反饋比較裝置，用以接收反饋比較裝置輸出的控制信號，調(diào)變并輸出一驅(qū)動信號。 此功率電路耦接至驅(qū)動電路，用以接收驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動信號，并根據(jù)驅(qū)動信號 控制輸入電壓提供電能至該功率電路的輸出間的路徑的導(dǎo)通或斷開。此穩(wěn)壓電路耦 接至功率電路，用以接收功率電路的輸出，經(jīng)穩(wěn)壓后輸出穩(wěn)定的輸出電壓。
本發(fā)明因采用了反饋比較裝置，因此能夠在輸出電壓小于參考電壓的情況下 將輸入電壓轉(zhuǎn)換至一個較低的輸出電壓，因而解決了現(xiàn)今直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器設(shè) 計的一個盲點，并更適合電子產(chǎn)品的發(fā)展趨勢。并且本發(fā)明的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換 器結(jié)構(gòu)簡單，只是通過分壓元件連接位置的變換實現(xiàn)了功能上的突破，并沒有增加復(fù)雜的電子元件，因而沒有增加許多生產(chǎn)制造成本。
為讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉較佳實 施例，并配合附圖作詳細說明如下。
圖1為公知的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器電路圖。
圖2為中國臺灣專利號1281305的實用新型專利的一實施例電路圖。 圖3為本發(fā)明實施例的一種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的電路架構(gòu)圖。 圖4為本發(fā)明圖3中的反饋比較裝置的一種實施例的電路圖。
具體實施例方式
請參見圖3，其為本發(fā)明實施例的一種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的電路架構(gòu)圖。
本發(fā)明的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器300，用于在輸出電壓Vout低于參考電壓 Vref的情況下轉(zhuǎn)換一個輸入電壓Vin至一個較低的輸出電壓Vout，此直流到 直流電壓轉(zhuǎn)換器300包括反饋比較裝置301、驅(qū)動電路303、功率電路305和 穩(wěn)壓電路307。其中反饋比較裝置301接收第一參考電壓Vrefl、第二參考電 壓Vref2以及輸出電壓Vout，驅(qū)動電路303耦接至反饋比較裝置301 ，功率電 路305耦接至驅(qū)動電路303，穩(wěn)壓電路307耦接至功率電路305。工作時，反 饋比較裝置301接收第一參考電壓Vrefl、第二參考電壓Vref2以及輸出電壓 Vout后根據(jù)輸出電壓Vout以及第二參考電壓Vref2獲得一個反饋電壓，然后 比對反饋電壓與第一參考電壓Vrefl，并根據(jù)比對結(jié)果向驅(qū)動電路303輸出一 控制信號。驅(qū)動電路303接收反饋比較裝置301輸出的控制信號，根據(jù)此控制 信號經(jīng)調(diào)變后向功率電路305輸出一驅(qū)動信號。功率電路305接收驅(qū)動電路303 輸出的驅(qū)動信號后，根據(jù)驅(qū)動信號來導(dǎo)通或斷開輸入電壓Vin提供電能至功率 電路305的輸出間的路徑。最后，通過穩(wěn)壓電路307將功率電路305的輸出穩(wěn) 壓后，輸出穩(wěn)定的輸出電壓Vout。其中功率電路305可以是由開關(guān)或晶體管或 其他開關(guān)元件所組成的具有開關(guān)特性的電路。穩(wěn)壓電路307可以由電感和電容 組成，電流通過電感對電容充電后輸出穩(wěn)定的輸出電壓Vout。請參見圖4，其為本發(fā)明圖3中的反饋比較裝置的一種實施例的電路圖。 本發(fā)明反饋比較裝置使用于一直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器中，反饋比較裝置
301包括比較器405和反饋電壓產(chǎn)生電路403。反饋電壓產(chǎn)生電路403耦接至 比較器405，用以接收第二參考電壓Vref2以及直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器300所 輸出的輸出電壓Vout，以獲得反饋電壓(圖4中為點FB的電壓)，且反饋電 壓始終大于輸出電壓Vout。比較器405具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端， 第一輸入端耦接至反饋電壓，第二輸入端耦接至第一參考電壓Vrefl，輸出端 耦接至直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器300，比較器405比對反饋電壓與第一參考電壓 Vrefl，并根據(jù)比對結(jié)果向直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器300輸出一控制信號。反饋 電壓產(chǎn)生電路403又包括第一分壓元件(本實施例中第一分壓元件為電阻Rl) 和第二分壓元件(本實施例中第二分壓元件為電阻R2)。第一分壓元件的一端 耦接至直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器300所輸出的輸出電壓Vout，其另一端提供反饋 電壓。第二分壓元件的一端耦接至第一分壓元件上提供該反饋電壓的一端，其 另一端耦接至第二參考電壓Vref2。其中第二參考電壓Vref2相對第一參考電 壓Vrefl較大，而第一參考電壓Vrefl與第二參考電壓Vref2的比例關(guān)系可以 由使用者調(diào)節(jié)。本實施例中第一分壓元件以及第二分壓元件分別采用電阻Rl 和電阻R2，但并非限定本發(fā)明，可以是電感、電容等被動元件或其他可造成分 壓效果的元件。本實施例使用電阻時，根據(jù)比較器103輸出控制信號的變化臨 界點可以得到公式
Vrefl = ( Rl / (Rl+R2) ) * Vref2 +( R2 / (R2+R1) ) *Vout
(公式1) 從而可以推導(dǎo)出
R2 / Rl = (Vref2 - Vrefl) / ( Vrefl - Vout ) (公式2)
如果設(shè)置第二參考電壓Vref2為第一參考電壓Vrefl的兩倍，這時，可以
得到公式
R2 / Rl= Vrefl / (Vrefl - Vout )
(公式3)
此時，故電阻R2的值為<formula>formula see original document page 10</formula>
(公式4)
由公式3可以看出，本實施例可以通過控制R2 / Rl的比例達到控制輸出 電壓Vout的目的；當(dāng)Rl的值為一定的情況下，由公式4又可以看出，也可以 根據(jù)輸出電壓Vout及參考電壓來計算出R2的值，因此，若R1值及參考電壓 確定不變的情況下，在需要改變輸出電壓Vout時，只需改變R2的電阻值便可 以實現(xiàn)。當(dāng)直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器300工作時，比較器103通過比較FB點的 回饋電壓與第一參考電壓Vrefl的大小向驅(qū)動電路303輸出一控制信號。驅(qū)動 電路303接收反饋比較裝置301輸出的控制信號后，根據(jù)控制信號向功率電路 305輸出一驅(qū)動信號。功率電路305接收驅(qū)動電路303輸出的驅(qū)動信號后，根 據(jù)驅(qū)動信號控制輸入電壓Vin提供電能至功率電路305的輸出間的路徑導(dǎo)通或 斷開。最后，通過穩(wěn)壓電路307將功率電路305的輸出穩(wěn)壓后，輸出穩(wěn)定的輸 出電壓Vout。另外，為了使電路中的信號頻率保持在一個基準(zhǔn)范圍內(nèi)，反饋 比較裝置301可以包括第一濾子波電路407、第二濾子波電路409以及第三子 濾波電路411。第一濾波子電路407連接于第一參考電壓Vrefl及第一分壓元 件(本實施例中第一分壓元件為電阻R1)之間。第二濾波子電路409與所述比 較器103連接。第三濾波子電路411與第二分壓元件(本實施例中第二分壓元 件為電阻R2)連接。
綜上所述，本發(fā)明的反饋比較裝置可以外接于直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，也 可集成在直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器內(nèi)部，通過對第一分壓元件或第二分壓元件的 控制來實現(xiàn)對輸出電壓Vout的控制，除了可以在輸出電壓Vout高于參考電壓 的情況下工作，更加可以在輸出電壓Vout低于參考電壓的情況下工作，突破 了現(xiàn)今直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的一個設(shè)計盲點，對于未來各種電子產(chǎn)品越來越 低的工作電壓，本發(fā)明的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器更適合其發(fā)展趨勢，而且本發(fā) 明在實現(xiàn)技術(shù)突破的同時只是改變了其內(nèi)部電阻元件的連接位置，因此既沒有 減小直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器的工作效率，也沒有增加其制造成本，電子產(chǎn)品"小 身材，大功效"的發(fā)展口號。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何熟 習(xí)此技藝者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種反饋比較裝置，使用于一直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器中，該反饋比較裝置包括一比較器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，第一輸入端耦接至一反饋電壓，第二輸入端耦接至一第一參考電壓，輸出端耦接至該直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，該比較器比對該反饋電壓與該第一參考電壓，并根據(jù)比對結(jié)果向該直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器輸出一控制信號；以及一反饋電壓產(chǎn)生電路，耦接至該比較器，用以接收一第二參考電壓以及該直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的一輸出電壓，以獲得該反饋電壓，該反饋電壓大于該輸出電壓。
2. 如權(quán)利要求1所述的反饋比較裝置，其特征在于，該反饋電壓產(chǎn)生電路包括一第一分壓元件，其一端耦接至該直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的該輸出電 壓，其另一端提供該反饋電壓；以及一第二分壓元件，其一端耦接至該第一分壓元件上提供該反饋電壓的一端， 其另一端耦接至該第二參考電壓。
3. 如權(quán)利要求2所述的反饋比較裝置，其特征在于，該反饋電壓產(chǎn)生電路還包括一補償電路，該補償電路包括一第一濾波子電路，其一端連接該輸出電壓，其另一端連接該回饋電壓； 一第二濾波子電路，其一端連接該反饋電壓，其另一端連接該比較器的輸出端；以及一第三濾波子電路，其一端連接該第二參考電壓，其另一端接地。
4. 如權(quán)利要求2所述的反饋比較裝置，其特征在于，該第一分壓元件為一第 一電阻。
5. 如權(quán)利要求2所述的反饋比較裝置，其特征在于，該第二分壓元件為一第 二電阻。
6. 如權(quán)利要求1所述的反饋比較裝置，其特征在于，該第二參考電壓的電壓 值大于該第一參考電壓電壓值。
7. —種直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，用于轉(zhuǎn)換一輸入電壓而獲得一輸出電壓，該 直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器包括一反饋比較裝置，用以接收一第一參考電壓、 一第二參考電壓以及該輸出電 壓，其根據(jù)該輸出電壓以及該第二參考電壓，以獲得一反饋電壓，并比對該反饋電 壓與該第一參考電壓，且根據(jù)比對結(jié)果輸出一控制信號，其中該反饋電壓大于該輸出電壓；一驅(qū)動電路，耦接至該反饋比較裝置，用以接收該反饋比較裝置輸出的控制 信號，并根據(jù)該控制信號調(diào)變并輸出一驅(qū)動信號；一功率電路，耦接至該驅(qū)動電路，用以接收該驅(qū)動信號，并根據(jù)該驅(qū)動信號 導(dǎo)通或斷開該輸入電壓提供電能至該功率電路的輸出間的路徑；以及一穩(wěn)壓電路，耦接至該功率電路，用以接收該功率電路的輸出，穩(wěn)壓后并輸 出該輸出電壓。
8. 如權(quán)利要求7所述的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該反饋比較裝 置包括一比較器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，第一輸入端耦接至該反 饋電壓，第二輸入端耦接至該第一參考電壓，輸出端耦接至該直流到直流電壓轉(zhuǎn)換 器，該比較器比對該反饋電壓與該第一參考電壓，并根據(jù)比對結(jié)果向該直流到直流 電壓轉(zhuǎn)換器輸出該控制信號；以及一反饋電壓產(chǎn)生電路，耦接至該比較器，用以接收該第二參考電壓以及該直 流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的該輸出電壓，以獲得該反饋電壓，該反饋電壓大于該 輸出電壓。
9. 如權(quán)利要求8所述的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該反饋電壓產(chǎn) 生電路包括一第一分壓元件，其一端耦接至該直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的該輸出電 壓，其另一端提供該反饋電壓；以及一第二分壓元件，其一端耦接至該第一分壓元件上提供該反饋電壓的一端， 其另一端耦接至該第二參考電壓。
10. 如權(quán)利要求9所述的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該反饋電壓產(chǎn) 生電路還包括一補償電路，該補償電路包括一第一濾波子電路，其一端連接該輸出電壓，其另一端連接該回饋電壓； 一第二濾波子電路，其一端連接該反饋電壓，其另一端連接該比較器的輸出 端；以及一第三濾波子電路，其一端連接該第二參考電壓，其另一端接地。
11. 如權(quán)利要求9所述的直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該第一分壓元 件為一第一電阻。
12. 如權(quán)利要求9所述的反饋比較裝置，其特征在于，該第二分壓元件為一第 二電阻。
13. 如權(quán)利要求7所述的反饋比較裝置，其特征在于，該第二參考電壓的電壓 值大于該第一參考電壓電壓值。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種反饋比較裝置，可使用于直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器中，此反饋比較裝置包括有比較器以及反饋電壓產(chǎn)生電路，而反饋電壓產(chǎn)生電路中包括第一分壓元件以及第二分壓元件。前述比較器比對一反饋電壓與第一參考電壓，并根據(jù)比對結(jié)果向直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器輸出控制信號。第一分壓元件的一端耦接至直流到直流電壓轉(zhuǎn)換器所輸出的輸出電壓，其另一端耦接至第二分壓元件的一端，以提供前述反饋電壓，第二分壓元件的另一端耦接至一第二參考電壓。本發(fā)明能應(yīng)用在輸出電壓小于參考電壓的情況下。
文檔編號H02M3/06GK101409503SQ20071016203
公開日2009年4月15日 申請日期2007年10月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月10日
發(fā)明者劉士豪, 夏春華 申請人:英業(yè)達股份有限公司