电压转换器和电压产生方法专利名称：电压转换器和电压产生方法技术领域：本发明有关于一种电压转换器和电压产生方法背景技术：图1为现有技术的降压式转换器(buck converter)示意图参见图l，降压式转 换器1产生直流(direct-current,DC)电压输出信号Vout，降压式转换器1包括误差放大 器(error amplifier) 10、补偿单元(compensating unit) 11、比较器(comparator) 12、驱动 器(driver) 13、PM0S晶体管14、NM0S晶体管15、电感器16和电容器17补偿单元ll包括 电阻器110和电容器lll，两者串联耦接于节点N10和接地信号GND之间PMOS晶体管14 和NMOS晶体管15串联耦接于供应电压源VDD和接地信号GND之间 误差放大器10接收电压输出信号Vout和参考电压Vref，并根据电压输出信号 Vout和参考电压Vref两者的电压差产生电压控制信号Vc补偿单元11通过电压控制信 号Vc进行充电或放电比较器12接收电压控制信号Vc和锯齿波(sawiave)信号Vramp， 并根据电压控制信号Vc和锯齿波信号Vramp两者的电压差产生脉宽调制(PulseWidth Modulation, P丽)信号Vpwm。
图2为锯齿波信号Vramp和P丽信号Vpwm的波形示意图 参见图2，提供至现有技术的降压式转换器l的锯齿波信号Vramp波形的上限和下限是固定 的，且锯齿波信号Vramp的波形在每一个周期内仅有一个斜率假设电压控制信号Vc在稳 态下的电平为LV10根据电平为LV10的电压控制信号Vc和锯齿波信号Vramp两者的电 压差，所产生的P丽信号Vpwm因此具有工作周期DlO根据具有工作周期DIO的P丽信号 Vpwm，驱动器13相应地切换PMOS晶体管14和NMOS晶体管15的状态0N/0FF，从而在节点 Nll产生方形信号Vsqu通过电感器16和电容器17对方形信号Vsqu进行滤波，因此在输 出节点Nout产生DC电压输出信号Vout 当外部负载从输出节点Nout下拉出一个大电流时，由于所述大电流，电压输出信 号Vout的电平被下拉此时，参见图2，根据具有更低电平的电压输出信号Vout和参考电 压Vref两者的电压差，电压控制信号Vc的电平变为更高的LVll，因此P丽信号Vpwm具有 比D10更大的工作周期D11，此工作周期D11更有利于功率传输为了縮短响应时间，电容 器111通常具有小电容值。
然而，具有小电容值的电容器111导致电压控制信号Vc的低稳 定性，因此导致输出不精确的电压输出信号Vout发明内容 为解决电压转换器由于电压控制信号的低稳定性而输出不精确的电压输出信号 的技术问题，本发明提供一种电压转换器和电压产生方法 本发明提供一种电压转换器，用以产生电压输出信号，电压转换器包括控制器， 根据电压输出信号和第一参考电压，用以产生电压控制信号；波形产生器，用以产生锯齿波 信号，并根据电压输出信号修改锯齿波信号的波形的上限和下限的至少一者；第一比较器， 根据电压控制信号和锯齿波信号，用以产生脉宽调制信号；以及电压转换单元，根据脉宽调制信号，用以产生电压输出信号 本发明再提供一种电压转换器，用以产生电压输出信号，电压转换器包括控制 器，根据电压输出信号和第一参考电压，用以产生电压控制信号；波形产生器，用以产生锯 齿波信号，其中锯齿波信号的波形具有至少两个不同的斜率；比较器，根据电压控制信号和 锯齿波信号，用以产生脉宽调制信号；以及电压转换单元，根据脉宽调制信号，用以产生电 压输出信号 本发明另提供一种电压产生方法，用以产生电压输出信号，方法包括提供锯齿波 信号；比较电压控制信号和锯齿波信号，以产生比较结果；根据比较结果，产生脉宽调制信 号；根据脉宽调制信号产生电压输出信号；检测电压输出信号的变化；以及根据电压输出 信号的变化，修改锯齿波信号的波形的上限和下限的至少一者。
本发明又提供一种电压产生方法，用以产生电压输出信号，方法包括提供锯齿波 信号，锯齿波信号的波形具有至少两个不同的斜率；比较电压控制信号和锯齿波信号，以产 生比较结果；根据比较结果，产生脉宽调制信号；根据脉宽调制信号产生电压输出信号 本发明另提供一种电压转换器，用以产生电压输出信号，电压转换器包括控制 器，根据电压输出信号和第一参考电压，用以产生电压控制信号；波形产生器，用以产生锯 齿波信号；比较器，根据电压控制信号和锯齿波信号，用以产生脉宽调制信号；以及电压转 换单元，根据脉宽调制信号，用以产生电压输出信号其中，当电压转换器的负载变大时，脉 宽调制信号的工作周期相应地增加 本发明提供一种电压产生方法，用以通过电压转换器产生电压输出信号，所述方 法包括提供锯齿波信号；比较电压控制信号和锯齿波信号，以产生比较结果；根据比较结 果，产生脉宽调制信号；以及根据脉宽调制信号产生电压输出信号；其中脉宽调制信号的 工作周期取决于电压转换器的负载 利用本发明所提供的电压转换器和电压产生方法不需减少电容器的电容值，因此 电压控制信号的稳定性不受影响 图1为现有技术的降压式转换器示意图； 图2为锯齿波信号Vramp和P丽信号Vpwm的波形示意图； 图3为本发明的电压转换器的一个实施例的示意图； 图4为图3的电压转换器的信号波形的示意图； 图5为图3的电压转换器的信号波形的另一个示意图； 图6为本发明的电压转换器的另一个实施例的示意图； 图7为图6的电压转换器的信号波形的示意图。
具体实施例方式以下根据多个图式对本发明的较佳实施例进行详细描述，本领域技术人员阅读后 应可明确了解本发明的目的 本发明的目的之一在于提供电压转换器图3为本发明的电压转换器的一个实施 例的示意图在图3中，电压转换器3产生直流电压输出信号Vout，电压转换器3包括控制器30、波形产生器31、比较器32和电压转换单元33参见图3，控制器30接收电压输出信号Vout和参考电压Vrefl，并根据电压输出信号Vout和参考电压Vrefl产生电压控制信号Vc波形产生器31接收电压输出信号Vout，产生锯齿波信号Vramp，并根据电压输出信号Vout修改锯齿波信号Vramp的上限比较器32接收电压控制信号Vc和锯齿波信号Vramp，并根据电压控制信号Vc和锯齿波信号Vramp两者的电压差产生P丽信号Vpwm电压转换单元33耦接供应电压VDD和接地信号GND，并根据P丽信号Vpwm产生电压输出信号Vout 参见图3，控制器30包括误差放大器300和补偿单元301误差放大器300接收电压输出信号Vout和参考电压Vrefl，并根据电压输出信号Vout和参考电压Vrefl两者的电压差产生电压控制信号Vc电压控制信号Vc输出至比较器32的正输入端。
补偿单元301通过电压控制信号Vc充电或放电，以稳定电压控制信号Vc的电平换言之，使用补偿单元301补偿电压控制信号Vc在本实施例中，补偿单元301包括电阻器30la和电容器301b，两者串联耦接于误差放大器300的输出和接地信号GND之间例如，电容器301b具有大电容值，大电容值有利于稳定电压控制信号Vc的电平因此，允许电压控制信号Vc保持为接近常数的电平 波形产生器31包括比较器310和振荡器311比较器310接收并比较电压输出信号Vout和参考电压Vref2振荡器311产生锯齿波信号Vramp，并根据比较器310的比较结果修改所述锯齿波信号Vramp的上限，其中锯齿波信号Vramp的产生方法相似于先前技术，在此无需详述输出锯齿波信号Vramp至比较器32的负输入端 电压转换单元33包括PMOS晶体管330、NM0S晶体管331、驱动器332、电感器333和电容器334 PMOS晶体管330具有栅极，耦接至供应电压源VDD的源极，以及耦接至节点N30的漏极NMOS晶体管331具有栅极，耦接至接地信号GND的源极，以及耦接至节点N30的漏极驱动器332接收P丽信号Vpwm，并根据P丽信号Vpwm相应地切换PMOS晶体管330和NMOS晶体管331。
通过切换PMOS晶体管330和NMOS晶体管331的状态ON/OFF，根据供应电压源VDD和接地信号GND在节点N30产生方形信号Vsqu电感器333耦接至节点N30和输出节点Nout之间，电容器334耦接至输出节点Nout和接地信号GND之间电感器333和电容器334组成低通滤波器，因此通过此低通滤波器对方形信号Vsqu进行滤波，并在输出节点Nout上产生DC电压输出信号Vout 图4为图3的电压转换器的信号波形的示意图，其中电流信号Iload表示耦接至电压转换器3的外部负载的所需电流，电流信号IL表示电感器333的电流接下来参考图3和图4，介绍波形产生器31的详细操作在此实施例中，初始化参考电压Vref2小于电压输出信号Vout的电平在稳态下，保持电压输出信号Vout的电平高于参考电压Vref2，即，不超过参考电压Vref2所限定的边界在此实施例中，由于初始化参考电压Vref2小于电压输出信号Vout的电平，"超出边界"意味着电压输出信号Vout的电平向下超过参考电压Vref2的电平相反地，如果初始化参考电压Vref2大于电压输出信号Vout的电平，"超出边界"意味着电压输出信号Vout的电平向上超过参考电压Vref2的电平。
因此，超出边界的条件根据参考电压Vref2和电压输出信号Vout的初始化电平而决定此外，振荡器311产生锯齿波信号Vramp，其中锯齿波信号Vramp的波形的上限为电平LVupl，锯齿波信号Vramp的波形的下限为电平LVlol通过比较电压控制信号Vc和具有上限LVupl的锯齿波信号Vramp，比较器32产生具有工作周期D30的P丽信号Vpwm根据具有工作周期D30的P丽信号Vpwm，驱动器332相应地切换PM0S晶体管330和NM0S晶体管331，并在输出节点Nout产生DC电压输出信号Vout 参见图3和图4，当耦接至电压转换器3的外部负载从输出节点Nout下拉出一个大电流时，例如，负载从小变大，由于所述大电流，电压输出信号Vout的电平被下拉在此实施例中，由于电容器30 lb的电容值较大，控制器30能产生具有接近常数电平的电压控制信号Vc同时，通过比较电压输出信号Vout和参考电压Vref2，比较器310检测电压输出信号Vout的变化，其中参考电压Vref2被初始化为小于电压输出信号Vout的电平由于下拉出一个大电流，当电压输出信号Vout的电平超过参考电压Vref2时，换言之，当电压输出信号Vout的电平小于参考电压Vref2所限定的边界时，振荡器311修改锯齿波信号Vramp的波形的上限为电平LVup2，其中电平LV卯2小于电平LVup 1。
同时在此实施例中，锯齿波信号Vramp的波形的下限可固定为电平LVlol通过比较电压控制信号Vc和具有上限LVup2的锯齿波信号Vramp，比较器32产生具有工作周期D31的P丽信号Vpwm，其中工作周期D31大于工作周期D30根据具有工作周期D31的P丽信号Vpwm，驱动器332相应地切换PM0S晶体管330和NM0S晶体管331，并在输出节点Nout产生DC电压输出信号Vout在此状态下，例如，工作周期D31大于工作周期D30，这有利于功率传输 根据图4的实施例，当耦接至电压转换器3的外部负载从输出节点Nout下拉出一个大电流时，根据电压输出信号Vout的变化，P丽信号Vpwm的工作周期相应地增大，此有利于功率传输此外，因不需减少电容器301b的电容值，因此电压控制信号Vc的稳定性不受影响 图5为图3的电压转换器的信号波形的另一个示意图当耦接至电压转换器3的外部负载从输出节点Nout下拉出一个大电流时，例如，负载从小变大，除锯齿波信号Vramp的波形的上限之外，振荡器311可同样修。