[发明专利]直流转直流变换器及其减小过冲现象的控制方法

说明书

技术领域

本发明是有关于一种直流转直流变换器(DC-to-DC converter)且特别是有关于一种直流转直流变换器及其减小过冲现象(over shoot)的控制方法。 

背景技术

众所周知，直流转直流变换器(DC-to-DC converter)可将直流输入电压(DC input voltage)转换为大小相异的直流输出电压(DC outputvoltage)。 

请参照图1，其所示为已知直流转直流变换器示意图。直流转直流变换器包括一控制电路10、一栅驱动电路(gate driver)20、一功率级电路(power stage)30。一般来说，控制电路10可接收功率级电路30所产生的直流输出电压(Vout)，并根据直流输出电压(Vout)的变化产生相对应的脉波宽度调变信号(pulse width modulation signal，以下简称PWM信号)。再者，栅驱动电路20接收PWM信号并转换成为一第一驱动信号与一第二驱动信号至功率级电路30，而功率级电路30可根据第一驱动信号与第二驱动信号的变化将直流输入电压(Vin)转换成直流输出电压(Vout)。 

再者，栅驱动电路20包括一第一驱动器22与一第二驱动器24。第一驱动器22接收PWM信号并产生与PWM信号同相的第一驱动信号；而第二驱动器24接收PWM信号，并产生与PWM信号反相的第二驱动信号。 

再者，功率级电路30包括一上功率晶体管(upper powertransistor)32、一下功率晶体管(lower power transistor)34、一输出电感器(Lo)、以及一输出电容器(Co)。上功率晶体管32漏极连接至直流输入电压(Vin)，上功率晶体管32栅极接收第一驱动信号。下功率晶体管 34漏极连接至上功率晶体管32源极，下功率晶体管34栅极接收第二驱动信号，下功率晶体管34源极连接至接地端(GND)。而输出电感器(Lo)的第一端连接至上功率晶体管32源极，输出电感器(Lo)的第二端为功率级电路30的输出端可输出直流输出电压(Vout)。再者，输出电容器(Co)的二端分别连接至功率级电路30的输出端以及接地端(GND)之间。一般来说，当直流输入电压(Vin)大于直流输出电压(Vout)时，直流转直流变换器可视为降压式直流转直流变换器(Buck DC-to-DC converter)。 

以降压式直流转直流变换器来说，栅驱动电路20产生的第一驱动信号与第二驱动信号可分别开启(turn on)上功率晶体管32与下功率晶体管34，并且上功率晶体管32与下功率晶体管34无法同时被开启。也就是说，当上功率晶体管32开启时，下功率晶体管34是关闭(turn off)的，此时第二电流(I2)为零，功率级电路30的输出电流Iout是由开启上功率晶体管32所产生的第一电流(I1)所提供。反之，当下功率晶体管34开启时，上功率晶体管32是关闭的，此时第一电流(I1)为零，功率级电路30的输出电流Iout是由开启下功率晶体管34所产生的第二电流(I2)所提供。一般来说，当控制电路10接收的直流输出电压(Vout)低于默认值(例如3.3V)时，PWM信号的脉波宽度会变宽，因此，栅驱动电路20产生的第一驱动信号可控制上功率晶体管32开启较长的时间，而第二驱动信号控制下功率晶体管32关闭较长的时间。反之，当控制电路10接收的直流输出电压(Vout)高于默认值(例如3.3V)时，PWM信号的脉波宽度会变窄，因此，栅驱动电路20产生的第一驱动信号可控制上功率晶体管32开启较短的时间，而第二驱动信号可控制下功率晶体管32关闭较短的时间。 

再者，直流转直流变换器中的控制电路10有许多的控制模式(mode)。一般常见的有，电压控制模式(voltage mode)、电流控制模式(currentmode)以及固定开启时间控制模式(constant on-time mode)。以下详述此三种控制模式，而栅驱动电路20、与功率级电路30的结构皆相同，所以不再赘述。