直流對直流轉換器及其電壓調整電路的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種直流對直流轉換器及其電壓調整電路。上述電壓調整電路包括參考電壓產生單元與臨界電壓產生單元。參考電壓產生單元用以接收電壓生成信號，并依據電壓生成信號產生參考電壓，其中參考電壓是由第一位準升高至目標位準。臨界電壓產生單元耦接參考電壓產生單元，用以接收電壓生成信號，并利用電壓生成信號來產生第二位準，其中第二位準大于第一位準且小于參考電壓。當參考電壓由第一位準升高至第二位準時，參考電壓產生單元使得參考電壓先由第二位準降低一預設值后再繼續升高至目標位準。
【專利說明】直流對直流轉換器及其電壓調整電路
【技術領域】
[0001] 本實用新型與直流對直流轉換器（DC-DC Converter)有關，特別是關于一種能夠 改善輸出電壓的過沖（Overshoot)現象的直流對直流轉換器及其電壓調整電路。
【背景技術】
[0002] 在電腦系統中，提供給處理器的工作電壓是由直流對直流轉換器所提供，其中直 流對直流轉換器依據處理器所提供的電壓生成信號VID來改變工作電壓的大小。
[0003] 請參照圖1，圖1為已知處理器的供電示意圖。處理器11依據目前的負載來提供 電壓生成信號VID至直流對直流轉換器12中的電壓調整電路121。電壓調整電路121接收 電壓生成信號VID且依據電壓生成信號VID來動態提供不同大小的參考電壓ΕΑΡ。
[0004] 上述直流對直流轉換器12包括至少一個開關元件（例如開關Ml?M2)，直流對 直流轉換器12依據參考電壓EAP與回授的輸出電壓Vout來將輸入電壓Vin轉換為輸出電 壓Vout，其中輸出電壓Vout可作為處理器11的工作電壓。然而，在一些應用中，輸出電壓 Vout成為額定值的變化速度是依據處理器11所指定的轉換速率（Slew Rate，SR)來決定。
[0005] 請參照圖2,圖2為已知處理器的供電曲線示意圖。有關圖2的說明亦請一并參照 圖1。通常，在開機階段或由輕載突然變成重載時，直流對直流轉換器12會控制輸出電壓 Vout由一低位準拉升至額定輸出電壓。此時，直流對直流轉換器12會依據電壓生成信號 VID控制輸出電壓Vout向上爬升。然而，若處理器11所提供的轉換速率SR較快時，直流對 直流轉換器12對處理器11所提供的輸出電流（亦即電感電流IL)會有多余的部分，如圖 2中的實際輸出電流曲線REC高于理想輸出電流曲線IDC所圍成的面積（亦即電量）Q2所 示，上述多余的電量將導致圖2中的實際輸出電壓曲線REV高于理想輸出電壓曲線（額定 輸出電壓）IDV而產生過沖現象，亟待克服。 實用新型內容
[0006] 有鑒于此，本實用新型提出一種直流對直流轉換器及其電壓調整電路，由此解決 現有技術所述及的問題。
[0007] 根據本實用新型的一具體實施例為一種電壓調整電路。于此實施例中，電壓調整 電路包括參考電壓產生單元與臨界電壓產生單元。參考電壓產生單元用以接收電壓生成信 號，并依據電壓生成信號產生參考電壓，其中參考電壓是由第一位準升高至目標位準。臨界 電壓產生單元耦接參考電壓產生單元，用以依據電壓生成信號來產生第二位準，并提供第 二位準至參考電壓產生單元。第二位準大于第一位準且小于目標位準。當參考電壓由第一 位準升高至第二位準時，參考電壓產生單元使得參考電壓先由第二位準降低一預設值后再 繼續升高至目標位準。
[0008] 于本實用新型的一實施例中，參考電壓產生單元包括電壓產生單元、計數電路與 處理電路。計數電路用以接收時脈信號與電壓生成信號，并產生電壓生成控制信號。處理 電路耦接計數電路與臨界電壓產生單元，用以依據電壓生成控制信號、第二位準與預設值 控制電壓產生單兀輸出參考電壓。
[0009] 根據本實用新型的另一具體實施例為一種直流對直流轉換器。于此實施例中，直 流對直流轉換器包括輸出級、控制回路、參考電壓產生單元與臨界電壓產生單元?？刂苹芈?耦接輸出級。參考電壓產生單元耦接控制回路，用以接收電壓生成信號并依據電壓生成信 號產生參考電壓至控制回路，使得控制回路依據參考電壓來控制輸出級提供具有預設轉換 速率的輸出電流。參考電壓是由第一位準升高至目標位準。臨界電壓產生單元耦接參考電 壓產生單元，用以接收電壓生成信號并利用電壓生成信號來產生第二位準。第二位準大于 第一位準且小于目標位準。當參考電壓由第一位準升高至第二位準時，參考電壓產生單元 使得參考電壓先由第二位準降低一預設值后再繼續升高至目標位準。
[0010] 于本實用新型的一實施例中，該參考電壓產生單元包括：一電壓產生單元；一計 數電路，用以接收一時脈信號與該電壓生成信號，并產生一電壓生成控制信號；以及一處理 電路，耦接該計數電路與該臨界電壓產生單元，用以根據該計數信號、該第二位準與該預設 值控制該電壓產生單元輸出該參考電壓。
[0011] 綜上所述，本實用新型所提供的直流對直流轉換器及其電壓調整電路是通過在參 考電壓上升過程中，強制降低一預設電壓，由此減少直流對直流轉換器輸出多余的輸出電 流，故能有效改善現有技術中當輸出電壓上升至額定電壓時由于多余的輸出電流而導致的 過沖現象。
[0012] 關于本實用新型的優點與精神可以通過以下的【具體實施方式】及附圖得到進一步 的了解。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013] 圖1圖示已知處理器的供電示意圖。
[0014] 圖2圖示已知處理器的供電曲線示意圖。
[0015] 圖3圖示本實用新型一實施例的處理器的供電示意圖。
[0016] 圖4圖示本實用新型的電壓調整電路產生參考電壓EAP的示意圖。
[0017] 圖5圖示本實用新型一實施例的電壓調整電路的細部功能方塊圖。
[0018] 圖6圖示本實用新型一實施例產生第二位準VX的示意圖。
[0019] 圖7圖示本實用新型另一實施例的參考電壓產生單元的功能方塊圖。
[0020] 主要元件符號說明：
[0021] 11、30:處理器
[0022] 12、3 :直流對直流轉換器
[0023] 121、31 :電壓調整電路
[0024] 122、321:比較器
[0025] 123、322:單擊電路
[0026] 124、323 :驅動器
[0027] 32 :控制回路
[0028] 33 :輸出級
[0029] 310、7 :參考電壓產生單元
[0030] 312:臨界電壓產生單元
[0031] 3101 :計數電路
[0032] 3102 :處理電路
[0033] 3103:電壓產生單元
[0034] 72、73:電流源
[0035] 74、78:比較器
[0036] 75:電壓選擇電路
[0037] BG、71 :初始電壓產生電路
[0038] ISW、77 :內部開關單元
[0039] BF、76 :緩沖器
[0040] CLK :時脈信號
[0041] VID、VIDl?VIDx :電壓生成信號
[0042] VID_C0DE :電壓生成控制信號
[0043] VTUNE :預設值
[0044] ΕΑΡ:參考電壓
[0045] Vin:輸入電壓
[0046] Vout:輸出電壓
[0047] SR :轉換速率
[0048] S1、S2、M1、M2 :開關
[0049] R:電阻
[0050] C :電容
[0051] EA:誤差放大器
[0052] EAP_INT :第一位準
[0053] VX :第二位準
[0054] EAP_TAG :目標位準
[0055] IL:電感電流
[0056] ESR :輸出電阻
[0057] Cout:輸出電容
[0058] comp :誤差信號
[0059] ramp :斜波信號
[0060] IDC :理想輸出電流曲線
[0061] REC :實際輸出電流曲線
[0062] IDV :理想輸出電壓曲線
[0063] REV :實際輸出電壓曲線
[0064] Ql、Q2、Q3 :實際輸出電流與理想輸出電流的電量差
[0065] VTUNE :預設值
[0066] IDL :理想電感電流曲線
[0067] REL :實際電感電流曲線
[0068] tx:時間
[0069] dt:時間差
[0070] dV :電壓差
[0071] VDD :操作電壓
[0072] I :電流
[0073] Ip*R:參考電壓降低的預設值
【具體實施方式】
[0074] 現在將詳細參考本實用新型的示范性實施例，并在附圖中說明所述示范性實施例 的實例。另外，在圖式與實施方式中所使用相同或類似標號的元件/構件是用來代表相同 或類似部分。
[0075] 在下述諸實施例中，當元件被指為"連接"或"耦接"至另一元件時，其可為直接連 接或直接耦接另一元件，或可能存在介于其間的元件。術語"電路"或"單元"可表示為至 少一元件或多個元件,或者主動地且/或被動地而稱接在一起的元件以提供合適功能。術 語"信號"可表示為至少一電流、電壓、負載、溫度、數據或其他信號。術語"準位"可表示為 一電流值或電壓值。
[0076] 圖3圖示根據本實用新型一實施例的處理器的供電示意圖。如圖3所示，直流對 直流轉換器3包括電壓調整電路31、控制回路32與輸出級33,其中電壓調整電路31包括 參考電壓產生單元310與臨界電壓產生單元312,其中臨界電壓產生單元312耦接參考電壓 產生單元310。
[0077] 控制回路32分別耦接輸出級33與電壓調整電路31。處理器30耦接直流對直流 轉換器3的輸出端以及耦接直流對直流轉換器3的電壓調整電路31，其中處理器30還耦 接參考電壓產生單元310與臨界電壓產生單元312,以分別提供電壓生成信號VID及/或 轉換速率信號SR至參考電壓產生單元310與臨界電壓產生單元312，使得電壓調整電路31 能夠依據電壓生成信號VID來提供參考電壓ΕΑΡ。
[0078] 在本實施例中，控制回路32還包括誤差放大器ΕΑ，其一輸入端耦接參考電壓產生 單元310,以接收參考電壓ΕΑΡ，誤差放大器EA的另一輸入端耦接直流對直流轉換器3的輸 出端，以接收關于直流對直流轉換器3的輸出電壓Vout的回授信號，由此誤差放大器EA可 依據參考電壓EAP與輸出電壓Vout的回授信號來產生誤差信號comp，使得直流對直流轉換 器3能夠依據誤差信號comp來將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。換句話說，控制回路 32依據參考電壓EAP來控制輸出級33提供具有預設轉換速率的輸出電流（電感電流）IL 至處理器30。
[0079] 參考電壓產生單元310分別耦接控制回路32、臨界電壓產生單元312與處理器 30。參考電壓產生單元310接收電壓生成信號VID并依據電壓生成信號VID產生參考電壓 EAP，以提供參考電壓EAP至控制回路32的誤差放大器EA。臨界電壓產生單元312耦接處 理器30,用以接收來自處理器30的電壓生成信號VID，由此臨界電壓產生單元312可依據 電壓生成信號VID來產生第二位準VX，并提供第二位準VX至參考電壓產生單元310,使得 參考電壓產生單元310可利用第二位準VX來調整參考電壓ΕΑΡ。關于參考電壓產生單元 310與臨界電壓產生單元312的詳細說明，容后詳述。
[0080] 請參照圖4,圖4圖示依據本實用新型的電壓調整電路產生參考電壓EAP的示意 圖。關于圖4的說明亦請一并參照圖3。當參考電壓產生單元310接收到電壓生成信號VID 后，參考電壓產生單元310會依據其所接收的電壓生成信號VID來提供參考電壓ΕΑΡ。在本 實施例中，處理器30會依序地提供電壓生成信號VID至參考電壓產生單元310，使得參考電 壓產生單元310所提供的參考電壓EAP由第一位準ΕΑΡ_ΙΝΤ上升至目標位準EAP_TAG，例 如：參考電壓EAP可以由0伏特爬升至2. 85伏特，但不以此為限。
[0081] 在本實施例中，參考電壓產生單元310會依據電壓生成信號VID不斷地提供愈來 愈大的參考電壓EAP，直到參考電壓產生單元310所提供的參考電壓EAP實質上等于臨界電 壓產生單元312所提供的第二位準VX時，如圖4所示，參考電壓產生單元310所提供的參 考電壓EAP會降低一預設值VTUNE而成為中繼電壓。接著，參考電壓產生單元310所提供 的參考電壓EAP再從中繼電壓繼續上升至目標位準EAP_TAG。其中，第二位準VX會大于第 一位準EAP_INT且會小于目標位準EAP_TAG。
[0082] 請參照圖5,圖5圖示依據本實用新型一實施例的電壓調整電路31的細部功能方 塊圖。如圖5所示，電壓調整電路31中的參考電壓產生單元310包括計數電路3101、處理 電路3102與電壓產生單元3103,其中電壓產生單元3103還包括初始電壓產生電路BG、內 部開關單元ISW與緩沖器BF。計數電路3101耦接處理器30,處理電路3102分別耦接計數 電路3101與電壓產生單元3103。處理電路3102還耦接臨界電壓產生單元312。電壓產生 器BG耦接內部開關單元ISW。內部開關單元ISW耦接緩沖器BF。
[0083] 臨界電壓產生單元312接收電壓生成信號VID且依據電壓生成信號VID提供第二 位準VX至參考電壓產生單元310,其中第二位準VX與電壓生成信號VID所代表的參考電 壓EAP的目標位準具有一比例關系，例如：第二位準VX可以是參考電壓EAP的目標位準的 80 %，但不以此為限。在其他實施例中，第二位準VX亦可依據電壓生成信號VID與至少一 個公式來計算出。
[0084] 在一些實施例中，電壓生成信號VID可能因處理器103的平臺規范不同而具有不 同的態樣，例如：電壓生成信號VID可以是數字信號、串列信號（SVID)或脈沖寬度調變信號 (PWM VID)等態樣。在圖5的實施例中，電壓生成信號VID例如是數字信號，由此參考電壓 產生單元310可利用計數電路3101與處理電路3102來對電壓生成信號VID進行轉換并控 制電壓產生單元3103產生參考電壓ΕΑΡ。
[0085] 計數電路3101接收電壓生成信號VID與時脈信號CLK。由此，計數電路3101可依 據電壓生成信號VID與時脈信號CLK產生電壓生成控制信號VID_C0DE并輸出至處理電路 3102。處理電路3102分別接收電壓生成控制信號VID_C0DE、第二位準VX及預設值VTUNE， 并據以控制電壓產生單元3103中的電壓產生器BG與內部開關單元ISW產生參考電壓ΕΑΡ。
[0086] 在本實施例中，處理電路3102通過解析其所接收的電壓生成控制信號VID_C0DE 所對應的參考電壓EAP的方式將電壓生成控制信號VID_C0DE所對應的參考電壓EAP來與 第二位準VX進行比較。
[0087] 若上述比較的結果為電壓生成控制信號VID_C0DE所對應的參考電壓EAP小于第 二位準VX，則處理電路3102控制電壓產生單元3103中的電壓產生器BG與內部開關單元 ISW提供相對應的參考電壓ΕΑΡ。若上述比較的結果為電壓生成控制信號VID_C0DE所對應 的參考電壓EAP實質上等于或大于第二位準VX，則處理電路3102控制電壓產生單元3103 中的初始電壓產生電路BG與內部開關單元ISW提供降低一預設值VTUNE的參考電壓EAP 而成為中繼電壓。接著，處理電路3102會再控制電壓產生單元3103所提供的參考電壓EAP 由中繼電壓繼續往上爬升至目標位準EAP_TAG。
[0088] 因此，當參考電壓EAP上升至第二位準VX時，處理電路3102會使得參考電壓EAP 瞬間被往下拉預設值VTUNE。當參考電壓EAP被往下拉時，會使得直流對直流轉換器102的 輸出電壓Vout瞬間從快速往上變成慢慢往上，亦即輸出電壓Vout的上升速度趨緩，此時多 余的輸出電流（電感電流）IL仍可慢慢地將輸出電壓Vout拉升至額定值。
[0089] 請參照圖6,圖6圖示本實用新型的一實施例產生第二位準VX的示意圖。因計算 第二位準VX需預先計算輸出電容充電和累積電荷的物理量值，欲使參考電壓EAP以固定轉 換速率SR爬升，由
【權利要求】
1. 一種電壓調整電路，其特征在于，上述電壓調整電路包括： 一參考電壓產生單元，用以接收一電壓生成信號，并依據上述電壓生成信號產生一參 考電壓，其中上述參考電壓是由一第一位準升高至一目標位準；以及 一臨界電壓產生單元，耦接上述參考電壓產生單元，用以依據上述電壓生成信號來產 生一第二位準，并提供上述第二位準至上述參考電壓產生單元， 其中，上述第二位準大于上述第一位準且小于上述目標位準，當上述參考電壓由上述 第一位準升高至上述第二位準時，上述參考電壓產生單元使得上述參考電壓先由上述第二 位準降低一預設值后再繼續升高至上述目標位準。
2. 如權利要求1所述的電壓調整電路，其特征在于，上述參考電壓產生單元包括： 一電壓產生單兀； 一計數電路，用以接收一時脈信號與上述電壓生成信號，并產生一電壓生成控制信號； 以及 一處理電路，耦接上述計數電路與上述臨界電壓產生單元，用以根據上述電壓生成控 制信號、上述第二位準與上述預設值控制上述電壓產生單元輸出上述參考電壓。
3. -種直流對直流轉換器，其特征在于，上述直流對直流轉換器包括： 一輸出級； 一控制回路，耦接上述輸出級； 一參考電壓產生單元，耦接上述控制回路，用以接收一電壓生成信號，并依據上述電壓 生成信號產生一參考電壓至上述控制回路，使得上述控制回路依據上述參考電壓來控制上 述輸出級提供具有預設轉換速率的一輸出電流，其中上述參考電壓是由一第一位準升高至 一目標位準；以及 一臨界電壓產生單元，耦接上述參考電壓產生單元，用以接收上述電壓生成信號，并利 用上述電壓生成信號來產生一第二位準，其中上述第二位準大于上述第一位準且小于上述 目標位準， 其中，當上述參考電壓由上述第一位準升高至上述第二位準時，上述參考電壓產生單 元使得上述參考電壓先由上述第二位準降低一預設值后再繼續升高至上述目標位準。
4. 如權利要求3所述的直流對直流轉換器，其特征在于，上述參考電壓產生單元包括： 一電壓產生單兀； 一計數電路，用以接收一時脈信號與上述電壓生成信號，并產生一電壓生成控制信號； 以及 一處理電路，耦接上述計數電路與上述臨界電壓產生單元，用以根據上述計數信號、上 述第二位準與上述預設值控制上述電壓產生單元輸出上述參考電壓。
【文檔編號】H02M3/156GK204168138SQ201420654313
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月4日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】洪山峯 申請人:力智電子股份有限公司