[发明专利]直流电压转换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种直流电压转换器(DC-DC converter)。

背景技术

随着系统芯片整合(SOC)技术日益成熟，可携式消费电子产品的尺寸愈来 愈小。相对地，电池可占据的空间亦愈来愈小，将对电池蓄电力造成限制。 然而，高能量密度的电池技术通常相当昂贵，不符合商业成本。因此，本发 明转而以降低直流电压转换器的功率损耗来延长产品的使用时间与电池的寿 命。直流电压转换器的功能为转换电池电位至系统所需的电位。若能减少其 中不必要的功率损耗并且降低噪声，便能提升功率转换效能并且有效地延长 电池寿命。

图1为传统直流电压转换器的基本架构，其中，采用传统脉冲宽度调节 模式(PWM)。功率晶体管组的P型金属氧化物半导体晶体管M_p(PMOS)与N型金 属氧化物半导体晶体管M_n(NMOS)的导通状况乃由一脉冲102所控制。该脉冲 102的脉冲宽度将随着一转换电压输出端的电压值(V_out)调整。然而，此控制 方式在PMOS(M_p)与NMOS(M_n)一个关一个开的切换瞬间，很容易发生大导通电 流由一原始直流电压源V_in经晶体管M_p与M_n流到接地端，造成严重的功率损耗。 因此，常见的解决方法为错开晶体管M_p与M_n的切换时间：令该PMOS(M_p)切换 至不导通与该NMOS(M_n)切换至导通的动作之间存在一第一停滞时间(dead time)；并且令该NMOS(M_n)切换至不导通与该PMOS(M_p)切换至导通的动作之间 存在一第二停滞时间。此时，该PMOS(M_p)的导通与否乃由一P型金属氧化物 半导体晶体管使能信号SW_P(以下简称PMOS使能信号)决定；并且该NMOS(M_n) 的导通与否乃由一N型金属氧化物半导体晶体管使能信号SW_N(以下简称 NMOS使能信号)决定。

然而，上述停滞时间的长短必须精心设计。上述停滞时间若太短，则仍 会造成上述大导通电流。反之，上述停滞时间若太长，则会造成基体二极管 导通的现象(body diode conduction)。图2以图1一第一节点V_x的信号波形 说明不当停滞时间的影响。在现有技术中，该第一停滞时间206通常为固定 值。然而，在该第一停滞时间206中，该第一节点V_x的电压下降速度与负载 有关。在轻载状况下，该第一节点V_x的电压下降较慢，如波形202所示。该 NMOS(M_n)相形之下过早导通，造成该第一节点V_x上的寄生电荷经由该NMOS(M_n) 漏掉。在重载状况下，该第二节点V_x的电压下降较快，如波形204所示。该 NMOS(M_n)相形之下过晚导通，将产生基体二极管导通。为了克服上述状况， 本发明将提出一技术，使该第一停滞时间得以随着负载改变。

除了上述基体二极管导通现象外，图3以该第一节点V_x的信号说明一接 地噪声(ground bounce ripple)。如图所示，除了不当的第一停滞时间302 与第二停滞时间304所可能造成的基体二极管导通现象306与308外，该第 一节点V_x有可能在该PMOS使能信号SW_P导通该PMOS(M_p)的瞬间发生一接地 噪声310。本发明更将提出一种技术避免该接地噪声发生。

发明内容