CN101989807A - 具有缩短停滞时间的电源转换驱动电路及系统 - Google Patents

Abstract

披露了一种具有缩短停滞时间的电源转换驱动电路及系统。该电源转换驱动电路包含一停滞时间检测电路、一责任周期控制电路，以及一开关控制电路。该停滞时间检测电路耦接于一功率开关组的一输出端，用来检测该功率开关组的输出端的一切换电压，并据以产生一停滞时间检测讯号。该功率开关组的该输出端耦接于一电感性负载的一第一端。该电感的一第二端提供一输出电压。该责任周期控制电路耦接于该电感的该第二端，用来根据该输出电压，产生一设定/重置讯号。该开关控制电路用来根据该设定/重置讯号与该停滞时间检测讯号，控制该功率开关组以离开一停滞状态。

Description

具有缩短停滞时间的电源转换驱动电路及系统

技术领域

本发明涉及一种电源转换系统，特别是涉及一种具有缩短停滞时间(dead-time)的功能的电源转换系统。

背景技术

于脉冲宽度/频率调制(Pulse Width Modulation/Pulse FrequencyModulation，PWM/PFM)电路中，停滞时间的控制是相当重要的。在现有技术中，停滞时间产生器仅由逻辑门构成，故所产生的停滞时间容易受工艺/温度变化而影响。若产生的停滞时间过短，则有可能造成输出级的功率开关同时导通，产生大电流而过热，进一步损毁功率开关。若停滞时间过长，会降低输出级电路的工作效率。因此，在脉冲宽度/频率调制电路的设计中，停滞时间需要适切地设计且不能有太大的变化。

发明内容

本发明提供一种具缩短停滞时间的电源转换驱动电路。该电源转换驱动电路包含一停滞时间检测电路、一责任周期控制电路，以及一开关控制电路。该停滞时间检测电路耦接于一功率开关组的一输出端，用来检测该功率开关组的该输出端的一切换电压，并据以产生一停滞时间检测讯号。该功率开关组的该输出端耦接于一电感性负载的一第一端。该电感性负载的一第二端提供一输出电压。该责任周期控制电路耦接于该电感性负载的该第二端，用来根据该输出电压，产生一设定/重置讯号。该开关控制电路用来根据该设定/重置讯号与该停滞时间检测讯号，控制该功率开关组以离开一停滞状态。

本发明还提供一种具有缩短停滞时间的电源转换系统。该电源转换系统包含一功率开关组、一停滞时间检测电路、一责任周期控制电路，以及一开关控制电路。该功率开关组，耦合至一电感性负载，该功率开关组具有一第一功率开关以及一第二功率开关，根据一第一开关驱动讯号与一第二开关驱动讯号以控制该功率开关组离开一停滞状态。该停滞时间检测电路，耦接于该电感性负载的第一端，用来检测该电感性负载的第一端的一切换电压，并据以产生一停滞时间检测讯号。该责任周期控制电路，耦接于该电感性负载的第二端，用来根据该电源转换驱动系统的输出电压，产生一设定/重置讯号。该开关控制电路，用来根据该设定/重置讯号与该停滞时间检测讯号，产生该第一开关驱动讯号与该第二开关驱动讯号。

附图说明

图1为说明本发明的电源转换系统的示意图。

图2为说明本发明的停滞时间检测电路的一实施例的示意图。

图3为说明当一第一功率开关导通且一第二功率开关关闭时，流过电源转换系统的电感性负载的电流的示意图。

图4为说明当图3中的一第一功率开关从导通被切换为关闭的示意图。

图5为说明当一第一功率开关从导通变成关闭时的切换电压的电位变化的示意图。

图6为说明本发明的R型锁存器的一实施例与其真值表的示意图。

图7为说明本发明的S型锁存器的一实施例与其真值表的示意图。

图8为说明本发明的中的缓冲器的示意图。

附图符号说明

1、2                   端点

100                    电源转换系统

200                    功率开关组

300                    责任周期控制电路

310                    责任周期控制器

400                    停滞时间检测电路

410                    波形修整器

500                    开关控制电路

510                    锁存器电路

511                    R型锁存器

512                    S型锁存器

520                      逻辑运算模块

521、522                 逻辑运算电路

530                      缓冲电路

531、532、800            缓冲器

600                      分压电路

700                      电源转换驱动电路

AND₁                     与门

C                        控制端

CLK                      频率控制端

C_OUT                     输出电容

D₁、D₂                   寄生二极管

I                        输入端

I_L、I_LQ1、I_LQ2、I_LD2     电流

INV₁～INV₇、INV_N、

                         反相器

INV_C1～INV_CN

L                        电感性负载

NAND₁、NAND₁             与非门

NOR₁、NOR₂               或非门

O                        输出端

OR₁                      或门

Q₁、Q₂                   功率开关

Q₃                       晶体管

R                        重置端

R_FB1、R_FB2               回授电阻

R_XN、R_L                  电阻

S                        设定端

S_C1、S_C2                 控制讯号

S_DN                      停滞时间检测讯号

S_DNP                     前级停滞时间检测讯号

S_DUTY                    责任周期控制讯号

S_H、S_L                   逻辑讯号

S_S/R                    设定/重置讯号

S_SW1、S_SW2              开关讯号

S_SWD1、S_SWD2            开关驱动讯号

SW₁、SW₂                开关

SWN₁、SWN₂              反相开关

V_DD、V_SS                电压源

V_FB                     回授电压

V_{G_BIASN}                栅极控制电压

V_IN                     输入电压

V_S                      切换电压

V_OUT                    输出电压

具体实施方式

有鉴于此，本发明提供一种电源转换系统，可检测电源转换系统是否处于停滞状态。当电源转换系统处于停滞状态时，可及时开启对应的功率开关，以缩短停滞时间，来提升工作效率。

请参考图1，根据本发明的较佳实施例，为说明本发明的电源转换系统100的示意图。电源转换系统100可设定操作于连续电流模式(ContinuousCurrent Mode，CCM)或非连续电流模式(Discontinuous Current Mode，DCM)，以将一输入电压源V_IN-转换为一输出电压源V_OUT。电源转换系统100包含一电源转换驱动电路700、一功率开关组200、一电感性负载L，以及一输出电容C_OUT。功率开关组200包含功率开关Q₁与Q₂。于电源转换系统100中，功率开关组200可视为一PWM/PFM电路。功率开关Q₁可为一P通道金属氧化物半导体(P channel Metal Oxide Semiconductor，PMOS)晶体管，D₁为功率开关Q₁的寄生二极管(parasitic diode)；功率开关Q₂可为一N通道金属氧化物半导体(N channel Metal Oxide Semiconductor，NMOS)晶体管，D₂为功率开关Q₂的寄生二极管。当功率开关Q₁导通而功率开关Q₂关闭时，输入电压源V_IN通过功率开关Q₁以及电感性负载L，对输出电容C_OUT充电，而使得输出电压V_OUT上升；当功率开关Q₁关闭而功率开关Q₂导通，电感性负载L的电压极性反转而使得输出电压V_OUT下降，其中于功率开关Q₁关闭时，电感性负载L通过功率开关Q₂以及寄生二极管D₂，从电压源V_SS汲取电流，以维持流经电感性负载L的电流，并将电流提供给输出电容C_OUT，来减缓输出电压V_OUT下降的速度。而于上述状态下，电感性负载L处于放电状态。如此一来，藉由控制功率开关Q₁与Q₂的导通/关闭，可反复地使输出电压V_OUT上升/下降，以使输出电压V_OUT维持在一预定电位。

电源转换驱动电路700用来根据输出电压V_OUT与功率开关组200的输出端O上的切换电压V_S，来控制功率开关Q₁与Q₂导通/关闭。此外，为了避免功率开关Q₁与Q₂同时开启，电源转换驱动电路700会以一预定时间将功率开关Q₁与Q₂同时关闭，而让功率开关组200(PWM/PFM电路)进入停滞状态(意即功率开关组200处于停滞时间)。举例而言，当功率开关Q₁关闭而功率开关Q₂未能及时开启时，上述电路将进入停滞状态。此时，由于电感性负载的电流连续特性，电感性负载L会产生反电动势而使功率开关组200的输出端O上的切换电压V_S的电位小于电压源V_SS，而使功率开关Q₂的寄生二极管D₂导通，产生电流放电路径。

电源转换驱动电路700包含一责任周期控制电路300、一停滞时间检测电路400、一开关控制电路500以及一分压电路600。

分压电路600用来将输出电压V_OUT分压以产生一回授电压V_FB，其包含两回授电阻R_FB1与R_FB2。

责任周期控制电路300包含一责任周期控制器310以及一反相器INV₁。当责任周期控制电路300检测到回授电压V_FB过高而要降低输出电压V_OUT时，责任周期控制器310输出代表「降低」(低电位)的责任周期控制讯号S_DUTY，以使反相器INV₁产生代表「重置」(高电位)的设定/重置讯号S_S/R；当责任周期控制电路300检测到回授电压V_FB过低而要升高输出电压V_OUT时，责任周期控制器310输出代表「升高」(高电位)的责任周期控制讯号S_DUTY，以使反相器INV₁产生代表「设定」(低电位)的设定/重置讯号S_S/R。

停滞时间电路400用来根据功率开关组200的输出端O上的一切换电压V_S，产生一停滞时间检测讯号S_DN。

开关控制电路500用来根据设定/重置讯号S_S/R与停滞时间检测讯号S_DN，产生开关驱动讯号S_SWD1与S_SWD2，以分别控制功率开关组200中的功率开关Q₁与Q₂开启/关闭。开关控制电路500包含一锁存器电路510、一逻辑运算模块520，以及一缓冲电路530。锁存器电路510包含一R型锁存器511与一S型锁存器512。逻辑运算模块520包含逻辑运算电路521与522。缓冲电路530包含缓冲器531与532。

R型锁存器511用来根据逻辑讯号S_H、设定/重置讯号S_S/R，以及停滞时间检测讯号S_DN，输出一控制讯号S_C1。R型锁存器511包含一输入端I、一重置端R、一频率控制端CLK，以及一输出端O。R锁存器的511的输入端I所接收的逻辑讯号S_H恒代表逻辑「1」(高电位)。R锁存器511的重置端R用来接收设定/重置讯号S_S/R；R锁存器511的频率控制端CLK用来接收停滞时间检测讯号S_DN；R锁存器511的输出端O，用来输出控制讯号S_C1。R型锁存器511为一具有清除(重置)功能的锁存器。意即当R型锁存器511的重置端接收到高电位的讯号时，R型锁存器511所输出的控制讯号S_C1的逻辑会被清除(重置)为逻辑「0」(低电位)。当设定/重置讯号S_S/R代表「重置」时，控制讯号S_C1代表逻辑「0」(低电位)；当设定/重置讯号S_S/R代表「设定」，且停滞时间检测讯号S_DN代表「关闭」时，控制讯号S_C1保持之前所输出的逻辑；当设定/重置讯号S_S/R代表「设定」，且停滞时间检测讯号S_DN代表「开启」时，控制讯号S_C1改变为逻辑「1」。

S型锁存器512用来根据逻辑讯号S_L、设定/重置讯号S_S/R，以及停滞时间检测讯号S_DN，输出一控制讯号S_C2。S型锁存器512包含一输入端I、一设定端S、一频率控制端CLK，以及一输出端O。S型锁存器的512的输入端I所接收的逻辑讯号S_L恒代表逻辑「0」(低电位)。S型锁存器512的设定端S用来接收设定/重置讯号S_S/R；S型锁存器512的频率控制端CLK用来接收停滞时间检测讯号S_DN；S型锁存器512的输出端O用来输出控制讯号S_C2。S型锁存器512为一具有设定功能的锁存器。意即当S型锁存器512的设定端接收到低电位的讯号时，S型锁存器512所输出的控制讯号S_C2的逻辑会被设定为逻辑「1」(高电位)。当设定/重置讯号S_S/R代表「设定」时，控制讯号S_C2代表逻辑「1」(高电位)；当设定/重置讯号S_S/R代表「重置」，且停滞时间检测讯号S_DN代表「关闭」时，控制讯号S_C1保持之前所输出的逻辑；当设定/重置讯号S_S/R代表「重置」，且停滞时间检测讯号S_DN代表「开启」时，控制讯号S_C2改变为逻辑「0」。

逻辑运算电路521包含一或非门(NOR gate)NOR₁，以及一或门(ORgate)OR₁。当控制讯号S_C1代表逻辑「1」时，或门OR₁输出代表逻辑「1」的开关讯号S_SW1；当控制讯号S_C1代表逻辑「0」时，或门OR₁的输出讯号取决于或非门NOR₁的输出讯号。若设定/重置讯号S_S/R代表「设定」(低电位)且开关驱动讯号S_SWD2代表「关闭」(低电位)时，或非门NOR₁输出的讯号为高电位。此时，逻辑运算电路521输出代表逻辑「1」开关讯号S_SW1；否则若设定/重置讯号S_S/R代表「重置」(高电位)或开关驱动讯号S_SWD2代表「开启」(高电位)时，或非门NOR₁输出的讯号为低电位。此时，逻辑运算电路521输出代表逻辑「0」开关讯号S_SW1。

逻辑运算电路522包含一与非门(NAND gate)NAND₁，以及一与门(ANDgate)AND₁。当控制讯号S_C2代表逻辑「0」时，与门AND₁输出代表逻辑「0」的开关讯号S_SW2；当控制讯号S_C2代表逻辑「1」时，与门AND₁的输出讯号取决于与非门NAND₁的输出讯号。若设定/重置讯号S_S/R代表「重置」(高电位)且开关驱动讯号S_SWD1代表「关闭」(高电位)时，与非门NAND₁输出的讯号为低电位。此时，逻辑运算电路522输出代表逻辑「0」开关讯号S_SW1；否则若设定/重置讯号S_S/R代表「设定」(低电位)或开关驱动讯号S_SWD2代表「开启」(低电位)时，与非门NAND₁输出的讯号为高电位。此时，逻辑运算电路522输出代表逻辑「1」开关讯号S_SW2。

缓冲器531与532分别用来根据开关讯号S_SW1与S_SW2，以产生开关驱动讯号S_SWD1与S_SWD2。当开关讯号S_SW1代表逻辑「1」时，开关驱动讯号S_SWD1代表「开启」。此时，开关驱动讯号S_SWD1为低电位，使得功率开关Q₁导通；当开关讯号S_SW1代表逻辑「0」时，开关驱动讯号S_SWD1代表「关闭」。此时，开关驱动讯号S_SWD1为高电位，使得功率开关Q₁关闭。当开关讯号S_SW2代表逻辑「1」时，开关驱动讯号S_SWD2代表「关闭」。此时，开关驱动讯号S_SWD2为高电位，使得功率开关Q₂导通；当开关讯号S_SW2代表逻辑「0」时，开关驱动讯号S_SWD2代表「开启」。此时，开关驱动讯号S_SWD2为低电位，使得功率开关Q₂关闭。

由于当设定/重置讯号S_S/R代表「重置」(高电位)时，R型锁存器511的输出代表逻辑「0」(低电位)的控制讯号S_C1，且或非门NOR₁所输出的讯号也为低电位，而使得或门OR₁输出代表逻辑「0」的开关讯号S_SW1。如此一来，缓冲器531会据以产生代表「关闭」(高电位)的开关驱动讯号S_SWD1，而使功率开关Q₁关闭；反之，当设定/重置讯号S_S/R代表「设定」(低电位)时，S型锁存器512的输出代表逻辑「1」(高电位)的控制讯号S_C2，且与非门NAND₁所输出的讯号也为高电位，而使得与门AND₁输出代表逻辑「1」的开关讯号S_SW2。如此一来，缓冲器532会据以产生代表「关闭」(低电位)的开关驱动讯号S_SWD2，而使功率开关Q₂关闭。因此，藉由控制设定/重置讯号S_S/R，可控制功率开关Q₁或Q₂关闭。如此一来，责任周期控制电路300可藉由回授电压V_FB，检测输出电压V_OUT的大小，以决定设定/重置讯号S_S/R为「设定」或「重置」，来通过开关控制电路500，控制功率开关Q₁或Q₂的「开启」或「关闭」。

停滞时间检测电路400用来检测位于功率开关组200的输出端O(电感性负载L的第一端1)上的切换电压V_S，并据以产生停滞时间检测讯号S_DN。举例而言，设电源转换系统100操作于连续电流模式。当功率开关Q₁与Q₂皆为关闭时，此时功率开关组200处于停滞状态，意即电感性负载L的电压极性反转，进入放电状态，且电感性负载L通过功率开关Q₂的寄生二极管D₂从电压源V_SS汲取电流。因此，切换电压V_S的电位为电压源V_SS(例0伏特)减去寄生二极管D₂的顺向电压V_D1(约为0.7伏特)。因此，停滞时间检测电路400会输出代表「开启」(高电位)的停滞时间检测讯号S_DN；反之当切换电压V_S的电位高于(V_SS-V_D2)时，代表功率开关组400未进入停滞状态(功率开关Q₁或Q₂其中的一为开启)。此时，停滞时间检测电路400输出代表「关闭」(低电位)的停滞时间检测讯号S_DN。

由于当停滞时间检测讯号S_DN代表「开启」时，若此时设定/重置讯号代表「重置」，则S型反相器512会输出代表逻辑「0」的控制讯号S_C2。如此一来，与门AND₁会输出代表逻辑「0」的开关讯号S_SW2，而使缓冲器532据以输出代表「开启」的开关驱动讯号S_SWD2，以开启功率开关Q₂；反之，若此时设定/重置讯号代表「设定」，则R型反相器511会输出代表逻辑「1」的控制讯号S_C1。如此一来，OR门OR₁会输出代表逻辑「1」的开关讯号S_SW1，而使缓冲器531据以输出代表「开启」的开关驱动讯号S_SWD1，以开启功率开关Q₁。

当设定/重置讯号S_S/R代表「重置」时，若停滞时间检测讯号S_DN从「开启」变为「关闭」，R型反相器511仍输出代表逻辑「0」的控制讯号S_C1，而且S型反相器512所输出的控制讯号S_C2维持不变。因此，当停滞时间检测讯号S_DN从「开启」变为「关闭」时，开关驱动讯号S_SWD1与S_SWD2皆维持不变；当设定/重置讯号S_S/R代表「设定」时，若停滞时间检测讯号S_DN从「开启」变为「关闭」，S型反相器512仍输出代表逻辑「1」的控制讯号S_C2，而且R型反相器511所输出的控制讯号S_C1维持不变。因此，当停滞时间检测讯号S_DN从「开启」变为「关闭」时，开关驱动讯号S_SWD1与S_SWD2皆维持不变。也就是说，当停滞时间检测讯号S_DN从「开启」变为「关闭」时，功率开关Q₁与Q₂的开启/关闭状态会维持不变。

此外，若设定电源转换系统100操作于非连续电流模式。当功率开关Q₂维持关闭且功率开关Q₁从导通变成关闭，而使功率开关组200处于停滞状态时，电感性负载L仍会通过功率开关Q₂的寄生二极管D₂从电压源V_SS汲取电流。因此，切换电压V_S的电位为电压源V_SS(0伏特)减去寄生二极管D₂的顺向电压V_D1(约为0.7伏特)。因此，停滞时间检测电路400会输出代表「开启」(高电位)的停滞时间检测讯号S_DN而及时开启功率开关Q₂，以让功率开关组200离开停滞状态。然而，当功率开关Q₁为关闭且功率开关Q₂从导通变成关闭，而使功率开关组200处于停滞状态时，由于此时电源转换系统100操作在非连续电流模式，因此流经电感性负载L的电流的大小已降为零。此时，电感性负载L不会再通过功率开关Q₂的寄生二极管D₂从电压源V_SS汲取电流。如此，切换电压V_S的电位便会高于(V_SS-V_D2)。换句话说，此时停滞时间检测电路400将仍输出代表「关闭」(低电位)的停滞时间检测讯号S_DN，因此无法正确检测功率开关组200的状态。然而，当功率开关Q₁维持关闭且功率开关Q₂从导通变成关闭时，表示开关驱动讯号S_SWD2从「开启」(高电位)变成「关闭」(低电位)且此时设定/重置讯号S_S/R代表「设定」(低电位)。此时，逻辑运算模块520的逻辑运算电路522的或非门NOR₁的输出讯号取决于开关驱动讯号S_SWD2。由于开关驱动讯号S_SWD2的从「开启」(高电位)变成「关闭」(低电位)时，因此或非门NOR₁会输出高电位的讯号。更明确地说，藉由设计或非门NOR₁的转态点的电压，当开关驱动讯号S_SWD2是否小于功率开关Q₂的临界电压(threshold voltage)V_T2时，或非门NOR₁可判断开关驱动讯号S_SWD2已从高电位变成低电位且功率开关Q₂已经关闭。因此或非门NOR₁会输出高电位的讯号，而使得逻辑运算电路522输出代表逻辑「1」的开关讯号S_SW1，以使缓冲器530输出代表「开启」的开关驱动讯号S_SWD1，来导通功率开关Q₁，让功率开关组200离开停滞状态。

综上所述，于本发明的电源转换系统100中，开关控制电路500可藉由分压电路600检测输出电压V_OUT，并通过责任周期控制电路300控制设定/重置讯号S_S/R，以控制功率开关组200中的功率开关Q₁或Q₂关闭。若本发明的电源转换系统100操作于连续电流模式，则当功率开关组200进入停滞状态，停滞时间检测电路400会检测到功率开关组200处于停滞状态，而输出代表「开启」的停滞时间检测讯号S_DN。如此一来，开关控制电路500会由于停滞时间检测讯号S_DN表示「开启」，及时开启所需的功率开关(如功率开关Q₂)。此外，若本发明的电源转换系统100操作于非连续电流模式，当功率开关Q₂维持关闭且功率开关Q₁从导通变成关闭时，停滞时间检测电路400仍可检测到功率开关组200处于停滞状态，而通过开关控制电路500及时开启功率开关Q₂；反之，当功率开关Q₁维持关闭且功率开关Q₂从导通变成关闭时，逻辑运算模块520的逻辑运算电路522可藉由检测开关驱动讯号S_SWD2小于功率开关Q₂的临界电压V_T(意即功率开关Q₂已经关闭)，而输出代表逻辑「1」的开关讯号S_SW1，使得缓冲器530输出代表「开启」的开关驱动讯号S_SWD1，来导通功率开关Q₁，以让功率开关组200离开停滞状态。如此一来，无论电源转换系统100操作于连续电流模式或非连续电流模式，藉由停滞时间检测电路400检测切换电压V_S的变化与逻辑运算模块520检测开关驱动讯号S_SWD1的变化，可判断出功率开关组200处于停滞状态，而使开关控制电路500及时开启所需的功率开关以让功率开关组200离开停滞状态，如此便能缩短停滞时间，进而提升工作效率。

请参考图2，停滞时间检测电路400包含一晶体管Q₃、二电阻R_XN与R_L，以及一波形修整器410。晶体管Q₃可为一NMOS晶体管。晶体管Q₃的源极耦接于停滞时间检测电路400的输入端I(功率开关组200的输出端O)，用来接收切换电压V_S；晶体管Q₃的漏极耦接于电阻R_XN，用来产生前级停滞时间检测讯号S_DNP；晶体管Q₃的栅极用来接收一栅极控制电压V_{G_BIASN}。电阻R_XN耦接于晶体管Q₃的漏极与电压源V_DD之间，用来于晶体管Q₃未产生表示「开启」的前级停滞时间检测讯号S_DNP时，通过电压源V_DD，来维持前级停滞时间检测讯号S_DNP的电位。电阻R_L耦接于晶体管Q₃的源极与功率开关组200的输出端O之间，用来作为一限流电阻。波形修整器410耦接于晶体管Q₃的漏极与停滞时间检测电路400的输出端O之间，用来修整前级停滞时间检测讯号S_DNP的波形，以输出停滞时间检测讯号S_DN。波形修整器410可以一反相器INV_N来实施。此外，设限流电阻R_L及功率开关上的压降可以忽略，则栅极控制电压V_{G_BIASN}的大小设计如下式：

(V_SS+V_T3)＞V_{G_BIASN}＞V_T3+(V_SS-V_D2)...(1)；

其中V_T3表示晶体管Q₃的临界电压(threshold voltage)、V_D2代表当寄生二极管D₂导通时的顺向电压。停滞时间检测电路400的运作原理说明如下。

当切换电压V_S高于电压(V_SS-V_D2)时，晶体管Q₃的栅极-源极电压V_GS3为[V_T3+(V_SS-V_D2)-V_S]，此时的栅极-源极电压V_GS3并未大于晶体管Q₃的临界电压V_T3，而使得晶体管Q₃不导通。如此一来，前级停滞时间检测讯号S_DNP通过电阻R_XN，被电压源V_DD提升至高电位V_DD；反相器INV_N将前级停滞时间检测讯号S_DNP反相，以输出代表「关闭」的停滞时间检测讯号S_DN，且此时的停滞时间检测讯号S_DN为低电位。当切换电压V_S等于/低于电压(V_SS-V_D2)，表示功率开关组200处于停滞状态(功率开关Q₁与Q₂皆为关闭)，且电感性负载L处于放电状态。此时晶体管Q₃的栅极-源极电压V_GS3为[V_T3+(V_SS-V_D2)-V_S]，此时的栅极-源极电压V_GS3会大于晶体管Q₃的临界电压V_T3，而使得晶体管Q₃导通。如此一来，前级停滞时间检测讯号S_DNP通过晶体管Q₃拉低至低电位；反相器INV_N将前级停滞时间检测讯号S_DNP反相，以输出代表「开启」的停滞时间检测讯号S_DN，且此时停滞时间检测讯号S_DN为高电位。

以下设定功率开关Q₁从导通变为且功率开关Q₂维持关闭，以更进一步地说明停滞时间检测电路400的工作原理。

请参考图3，图3为说明当功率开关Q₁导通且功率开关Q₂关闭时，流过电源转换系统100的电感性负载L的电流的示意图。此时，开关驱动讯号S_SWD1代表「开启」(低电位)，而开关驱动讯号S_SWD2代表「关闭」(低电位)，输入电压源V_IN通过功率开关Q₁与电感性负载L，对输出电容C_OUT充电，而使输出电压V_OUT上升。切换电压V_S的电位的值介于输入电压V_IN与输出电压V_OUT之间。因此，切换电压V_S的电位的值高于(V_SS-V_D2)，而使得停滞时间检测电路400所输出的停滞时间检测讯号S_DN代表「关闭」。

请参考图4，为说明当图3中的功率开关Q₁从导通被切换为关闭的示意图。此时，设定/重置讯号S_S/R代表「重置」(高电位)，而控制开关驱动讯号S_SWD1代表「关闭」(高电位)。电感性负载L的电压极性反转，且电感性负载L通过功率开关Q₂的寄生二极管D₂，从电压源V_SS汲取电流I_LD2，以维持流经电感性负载L的电流不变，且功率开关组200处于停滞状态。此时，切换电压V_S的电位为电压V_SS(0伏特)减去寄生二极管D₂的顺向电压V_D2(约为0.7伏特)。因此切换电压V_S的电位约为-0.7伏特。由于当切换电压V_S的电位等于(V_SS-V_D2)时，停滞时间检测讯号S_DN代表「开启」。因此，S型锁存器512根据代表「开启」的停滞时间检测讯号S_DN与代表「重置」的设定/重置讯号S_S/R，以产生代表逻辑「0」的控制讯号S_C1，与门AND₁会输出代表逻辑「0」的开关讯号S_SW2，以使缓冲器532产生代表「开启」(高电位)的开关驱动讯号S_SWD2，来开启功率开关Q₂。当功率开关Q₂导通时，电感性负载L可通过功率开关Q₂从电压源V_SS汲取电流I_LQ2。此时，寄生二极管D₂的顺向电压V_D2会与功率开关Q₂的源极-漏极电压V_GD2相同(约为0.2伏特)。因此，切换电压V_S会升高变成(V_SS-V_GD2)，而使停滞时间检测讯号S_DN变成「关闭」。此时，功率开关Q₁与Q₂的开启/关闭状态会维持不变。

请参考图5。图5为说明当功率开关Q₁从导通(图3)变成关闭(图4)时，切换电压V_S的电位变化的示意图。首先，功率开关Q₁导通且功率开关Q₂关闭。切换电压V_S介于输入电压V_IN与输出电压V_OUT之间。此时，切换电压V_L高于电压(V_SS-V_D2)，使得停滞时间检测电路400的晶体管Q₃关闭。因此，停滞时间检测电路400所输出的停滞时间检测讯号S_DN代表「关闭」(低电位)。当功率开关Q₁关闭时，电感性负载L通过功率开关Q₂的寄生二极管D₂从电压源V_SS汲取电流I_LD2。此时，切换电压V_S等于(V_SS-V_D2)，使得停滞时间检测电路400的晶体管Q₃导通。因此，停滞时间检测电路400所输出的停滞时间检测讯号S_DN代表「开启」(高电位)。当停滞时间检测讯号S_DN代表「开启」时，S型锁存器512根据代表「开启」的停滞时间检测讯号S_DN与代表「重置」的设定/重置讯号S_S/R，以通过与门AND₁与缓冲器532，来开启功率开关Q₂。此时，电感性负载L通过功率开关Q₂从电压源V_SS汲取电流I_LQ2。寄生二极管D₂的顺向电压V_D2会与功率开关Q₂的源极-漏极电压V_GD2相同(约为0.2伏特)。因此，切换电压V_S会升高变成(V_SS-V_GD2)，而使停滞时间检测讯号S_DN变成「关闭」。

请参考图6，R型锁存器511包含三反相器INV₂、INV₃及INV₄、一开关SW₁、一反相开关SWN₁，以及一NOR门NOR₂。R型锁存器511中的各组件的耦接关系与其真值表如图6所示。R型锁存器511的运作原理为业界所公知，故不再赘述。

请参考图7，S型锁存器512包含三反相器INV₅、INV₆及INV₇、一开关SW₂、一反相开关SWN₂，以及一与非门NAND₂。S锁存器512中的各组件的耦接关系与其真值表如图7所示。S型锁存器512的运作原理为业界所习知，故不再赘述。

请参考图8。图8为说明本发明的中的缓冲器800的示意图。缓冲器800可作为缓冲电路530中的缓冲器531或532。缓冲器800包含N个串接的反相器INV_C1～INV_CN，且N代表一奇数。每个反相器为一互补式金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)晶体管，包含一PMOS晶体管与一NMOS晶体管，而缓冲器800中的每组CMOS晶体管的长宽比依序变大，如此便能实现缓冲的功能。输入缓冲器800的讯号会经过N个反相器INV_C1～INV_CN的N次反相。由于N为奇数，因此缓冲器800的输出讯号的逻辑与缓冲器800的输入讯号反相。

综上所述，本发明所提供的电源转换系统，无论操作于连续电流模式或非连续电流模式，皆可藉由停滞时间检测电路检测切换电压的变化与逻辑运算模块检测开关驱动讯号的变化，以判断功率开关组是否处于停滞状态。当功率开关组处于停滞状态时，停滞时间检测电路或逻辑运算模块会控制开关控制电路，以输出对应的控制讯号，来开启功率开关组中的功率开关，进而使功率开关组离开停滞状态。如此一来，可缩短功率开关组的停滞时间，以提高工作效率，提供给使用者更大的便利性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (19)

1.一种具缩短停滞时间的电源转换驱动电路，包含：

一停滞时间检测电路，耦接于一功率开关组的一输出端，用来检测该功率开关组的该输出端的一切换电压，并据以产生一停滞时间检测讯号；

其中该功率开关组的该输出端耦接于一电感性负载的一第一端；

其中该电感性负载的一第二端提供一输出电压；

一责任周期控制电路，耦接于该电感性负载的该第二端，用来根据该输出电压，产生一设定/重置讯号；以及

一开关控制电路，用来根据该设定/重置讯号与该停滞时间检测讯号，控制该功率开关组以离开一停滞状态。

2.如权利要求1所述的电源转换驱动电路，其中该功率开关组包含：

一第一功率开关，包含：

一第一端，耦接于一第一电压源；

一第二端，耦接于该功率开关组的该输出端；以及

一控制端，用来接收一第一开关驱动讯号；

其中当该第一开关驱动讯号表示开启时，该第一功率开关的导通；以及

一第二功率开关，包含：

一第一端，耦接于一第二电压源；

一第二端，耦接于该功率开关组的该输出端；以及

一控制端，用来接收一第二开关驱动讯号；

其中当该第二开关驱动讯号表示开启时，该第二功率开关导通。

3.如权利要求2所述的电源转换驱动电路，其中该开关控制电路包含：

一锁存器电路，包括：

一第一锁存器，用来根据一第一逻辑讯号、该设定/重置讯号、该停滞时间检测讯号，产生一第一控制讯号；

其中该第一逻辑讯号为一第一预定逻辑；以及

一第二锁存器，用来根据一第二逻辑讯号、该设定/重置讯号、该停滞时间检测讯号，输出一第二控制讯号；

其中该第二逻辑讯号为一第二预定逻辑；

一逻辑运算模块，包括：

一第一逻辑运算电路，用来根据该设定/重置讯号、该第一控制讯号与该第二开关驱动讯号，产生一第一开关讯号；以及

一第二逻辑运算电路，用来根据该设定/重置讯号、该第二控制讯号与该第一开关驱动讯号，产生一第二开关讯号；以及

一缓冲电路，包括：

一第一缓冲器，用来根据该第一开关讯号，产生该第一开关驱动讯号；以及

一第二缓冲器，用来根据该第二开关讯号，产生该第二开关驱动讯号；

其中该第一预定逻辑与该第二预定逻辑为相异。

4.如权利要求3所述的电源转换驱动电路，其中该第一锁存器包含：

一输入端，用来接收该第一逻辑讯号；

一重置端，用来接收该设定/重置讯号；

一频率控制端，用来接收该停滞时间检测讯号；以及

一输出端，用来输出该第一控制讯号；

其中当该设定/重置讯号代表重置时，该第一控制讯号代表该第二预定逻辑；

其中当该设定/重置讯号代表设定，且该停滞时间检测讯号代表关闭时，该第一控制讯号维持不变；

其中当该设定/重置讯号代表设定，且该停滞时间检测讯号代表开启时，该第一控制讯号代表该第一预定逻辑。

5.如权利要求4所述的电源转换驱动电路，其中该第一锁存器包含：

一第一反相器，该第一反相器的输入端，耦接于该第一锁存器的该输入端，用来接收该第一逻辑讯号；

一第一开关，该第一开关的第一端，耦接于该第一反相器的输出端，该第一开关的控制端，耦接于该第一锁存器的该频率控制端，以接收该停滞时间检测讯号，其中当该停滞时间检测讯号代表开启时，该第一开关导通；

一第二反相器，该第二反相器的输入端，耦接于该第一开关的控制端，用来接收该停滞时间检测讯号；

一第一反相开关，该第一反相开关的第一端，耦接于该第一开关的第二端，该第一反相开关的控制端，耦接于该第二反相器的输出端，其中当该停滞时间检测讯号代表关闭时，该第一反相开关导通；

一第一逻辑门，该第一逻辑门的第一输入端，耦接于该第一开关的第二端与该第一反相开关的第一端，该第一逻辑门的第二输入端，耦接于该第一锁存器的该重置端，以接收该设定/重置讯号，该第一逻辑门的输出端，耦接于该第一锁存器的该输出端，以输出该第一控制讯号；以及

一第三反相器，该第三反相器的输入端，耦接于该第一逻辑门的输出端，用来接收该第一控制讯号，该第三反相器的输出端，耦接于该第一反相开关的该第二端；

其中该第一逻辑门为一或非门，用来对该第一逻辑门的第一输入端与第二输入端上的讯号进行或非运算，以产生该第一控制讯号。

6.如权利要求3所述的电源转换驱动电路，其中该第二锁存器包含：

一输入端，用来接收该第二逻辑讯号；

一设定端，用来接收该设定/重置讯号；

一频率控制端，用来接收该停滞时间检测讯号；以及

一输出端，用来输出该第二控制讯号；

其中当该设定/重置讯号代表设定时，该第二控制讯号代表该第一预定逻辑；

其中当该设定/重置讯号代表重置，且该停滞时间检测讯号代表关闭时，该第二控制讯号维持不变；

其中当该设定/重置讯号代表重置，且该停滞时间检测讯号代表开启时，该第二控制讯号代表该第二预定逻辑。

7.如权利要求6所述的电源转换驱动电路，其中该第二锁存器包含：

一第四反相器，该第四反相器的输入端，耦接于该第二锁存器的该输入端，以接该第二逻辑讯号；

一第二开关，该第二开关的第一端，耦接于该第四反相器的输出端；该第二开关的控制端，耦接于该第二锁存器的该频率控制端，以接收该停滞时间检测讯号，其中当该停滞时间检测讯号代表开启时，该第二开关导通；

一第五反相器，该第五反相器的输入端，耦接于该第二开关的控制端，用来接收该停滞时间检测讯号；

一第二反相开关，该第二反相开关的第一端，耦接于该第二开关的第二端，该第二反相开关的控制端，耦接于该第五反相器的输出端；

其中当该停滞时间检测讯号代表关闭时，该第二反相开关导通；

一第二逻辑门，该第二逻辑门的第一输入端，耦接于该第二开关的第二端与该第二反相开关的第一端，该第二逻辑门的第二输入端，耦接于该第二锁存器的该设定端，以接收该设定/重置讯号，该第二逻辑门的输出端，耦接于该第二锁存器的该输出端，以输出该第二控制讯号，其中该第二逻辑门为一与非门；以及

一第六反相器，该第六反相器的输入端，耦接于该第二逻辑门的输出端，用来接收该第二控制讯号，该第六反相器的输出端，耦接于该第二反相开关的第二端。

8.如权利要求3所述的电源转换驱动电路，其中该第一缓冲器包含N个串接的第七反相器，用来接收该第一开关讯号并据以输出该第一开关驱动讯号；该第二缓冲器包含N个串接的第八反相器，用来接收该第二开关讯号并据以输出该第二开关驱动讯号；其中N为一奇数。

9.如权利要求3所述的电源转换驱动电路，还包含：

一分压电路，耦接于该电感性负载的该第二端与该第二电压源之间，用来根据该输出电压，以产生一回授电压；

其中该回授电压提供给该责任周期控制电路，以产生该设定/重置讯号。

10.如权利要求9所述的电源转换驱动电路，其中该责任周期控制电路包含：

一责任周期控制器，用来根据该回授电压，以输出该一责任周期讯号；以及

一第九反相器，用来根据该责任周期讯号，以产生该设定/重置讯号。

11.如权利要求2所述的电源转换驱动电路，其中该第一功率开关为P通道金属氧化物半导体晶体管；其中该第二功率开关为N通道金属氧化物半导体晶体管。

12.一种具有缩短停滞时间的电源转换系统，包含：

一功率开关组，耦合至一电感性负载，该功率开关组具有一第一功率开关以及一第二功率开关，根据一第一开关驱动讯号与一第二开关驱动讯号以控制该功率开关组离开一停滞状态；

一停滞时间检测电路，耦接于该电感性负载的第一端，用来检测该电感性负载的第一端的一切换电压，并据以产生一停滞时间检测讯号；

一责任周期控制电路，耦接于该电感性负载的第二端，用来根据该电源转换驱动系统的输出电压，产生一设定/重置讯号；以及

一开关控制电路，用来根据该设定/重置讯号与该停滞时间检测讯号，产生该第一开关驱动讯号与该第二开关驱动讯号。

13.如权利要求12所述的电源转换系统，其中该开关控制电路包含：

一锁存器电路，包括：

一第一锁存器，用来根据一第一逻辑讯号、该设定/重置讯号、该停滞时间检测讯号，输出一第一控制讯号；

其中该第一逻辑讯号为一第一预定逻辑；

一第二锁存器，用来根据一第二逻辑讯号、该设定/重置讯号、该停滞时间检测讯号，输出一第二控制讯号；

其中该第二逻辑讯号为一第二预定逻辑；

一逻辑运算模块，包括：

一第一逻辑运算电路，用来根据该设定/重置讯号、该第一控制讯号与该第二开关驱动讯号，产生一第一开关讯号；以及

一第二逻辑运算电路，用来根据该设定/重置讯号、该第二控制讯号与该第一开关驱动讯号，产生一第二开关讯号；以及

一缓冲电路，包括：

一第一缓冲器，用来根据该第一开关讯号，产生该第一开关驱动讯号；以及

一第二缓冲器，用来根据该第二开关讯号，产生该第二开关驱动讯号；

其中该第一预定逻辑与该第二预定逻辑为相异。

14.如权利要求13所述的电源转换系统，其中该第一缓冲器包含N个串接的第一反相器，用来接收该第一开关讯号并据以输出该第一开关驱动讯号；该第二缓冲器包含N个串接的第二反相器，用来接收该第二开关讯号并据以输出该第二开关驱动讯号；其中N为一奇数。

15.如权利要求14所述的电源转换系统，其中该电源转换驱动系统还包含：

一分压电路，耦接于该电感性负载的该第二端与该第二电压源之间，用来根据该输出电压，以产生一回授电压；

其中该回授电压提供给该责任周期控制电路，以产生该设定/重置讯号。

16.如权利要求15所述的电源转换系统，其中该责任周期控制电路包含：

一责任周期控制器，用来根据该回授电压，以输出该一责任周期讯号；以及

一第三反相器，用来根据该责任周期讯号，以产生该设定/重置讯号。

17.如权利要求16所述的电源转换系统，其中该第一锁存器包含：

一第四反相器，该第四反相器的输入端，用来接收该第一逻辑讯号；

一第一开关，该第一开关的第一端，耦接于该第四反相器的输出端，该第一开关的控制端，耦接于该停滞时间检测电路，用来接收该停滞时间检测讯号；

其中当该停滞时间检测讯号代表开启时，该第一开关导通；

一第五反相器，该第五反相器的输入端，耦接于该停滞时间检测电路，用来接收该停滞时间检测讯号；

一第一反相开关，该第一反相开关的第一端，耦接于该第一开关的第二端，该第一反相开关的控制端，耦接于该第五反相器的输出端，其中当该停滞时间检测讯号代表关闭时，该第一反相开关导通；

一第一逻辑门，该第一逻辑门的第一输入端，耦接于该第一开关的第二端与该第一反相开关的第一端，该第一逻辑门的第二输入端，耦接于该第三反相器，用来接收该设定/重置讯号，该第一逻辑门的输出端，用来输出该第一控制讯号，其中该第一逻辑门为一或非门；以及

一第六反相器，该第六反向器的输入端，耦接于该第一逻辑门的输出端，用来接收该第一控制讯号，该第六反相器的输出端，耦接于该第一反相开关的第二端。

18.如权利要求16所述的电源转换系统，其中该第二锁存器包含：

一第七反相器，该第七反相器的输入端，用来接收该第二逻辑讯号；

一第二开关，该第二开关的第一端，耦接于该第七反相器的输出端；该第二开关的控制端，耦接于该停滞时间检测电路，用来接收该停滞时间检测讯号，其中当该停滞时间检测讯号代表开启时，该第二开关导通；

一第八反相器，该第八反相器的输入端，耦接于该停滞时间检测电路，用来接收该停滞时间检测讯号；

一第二反相开关，该第二反相开关的第一端，耦接于该第二开关的第二端，该第二反相开关的控制端，耦接于该第八反相器的输出端，其中当该停滞时间检测讯号代表关闭时，该第二反相开关导通；

一第二逻辑门，该第二逻辑门的第一输入端，耦接于该第二开关的第二端与该第二反相开关的第一端，该第二逻辑门的第二输入端，耦接于该第三反相器，用来接收该设定/重置讯号，该第二逻辑门的输出端，用来输出该第二控制讯号，其中该第二逻辑门为一与非门；以及

一第九反相器，该第九反相器的输入端，耦接于该第二逻辑门的输出端，用来接收该第二控制讯号，该第九反相器的输出端，耦接于该第二反相开关的第二端。

19.如权利要求12所述的电源转换系统，其中该第一功率开关为P通道金属氧化物半导体晶体管、该第二功率开关为N通道金属氧化物半导体晶体管。

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