CN102570786A - 用于切换式直流/直流转换器的芯片上软启动电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当输出电压小于或等于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值乘以第二预定值。

Description

用于切换式直流/直流转换器的芯片上软启动电路的方法
技术领域
本发明涉及一种切换式直流/直流转换器(switching mode DC/DC converter)的软启动电路(soft-start circuit)的方法，尤指一种切换式直流/直流转换器的芯片上(on-chip)软启动电路的方法。
背景技术
各种不同的直流/直流转换器，都会遭遇到在启动时期所出现的突波电流(inrushcurrent)与过冲电压(overshoot voltage)，将损害全系统、减低功率效率以及导致系统错误。因此，软启动的功能被用于平稳地增加输出电压与电感电流至其目标值，以减低上述的该突波电流与该过冲电压。许多不同类型的软启动电路已被执行。现有的具软启动电路的降压型直流/直流转换器如图1所示。在图1中，该直流/直流转换器包括模式切换电路(mode switch circuit)、软启动电路(soft-start circuit)、误差放大器、第一比较器、第二比较器、振荡器、驱动器、开关、二极管、电感、电容、第一电阻与第二电阻。该开关与该电感及该二极管耦合于节点SW，该直流/直流转换器接收输入电压VIN并产生输出电压VO，且该第一电阻与该第二电阻所组成的分压电路产生该输出点压VO的感测电压Vfb，用于反馈至该直流/直流转换器的该误差放大器的输入端。
然而，当责任比(duty ratio)＝VO/VIN太低(例如，少于10％时)，且切换频率也非常低(例如，50KHz)时，该突波电流与该过冲电压将远高于该直流/直流转换器所能承受的安全范围。如图1所示的直流/直流转换器，当责任比太低，且切换频率也非常低时的电感电流iL，输出电压VO的感测值(Vfb)与节点SW处的电压VSW的波形如图2所示。在图2与Vfb有关的波形中，呈梯型的波形是显示该直流/直流转换器所能承受的安全范围，而Vfb的波形在略大于500μ秒处，开始超出该安全范围。
当切换频率太高时(例如，1MHz)，该突波电流与该过冲电压仍将发生，并高于该直流/直流转换器所能承受的安全范围。如图1所示的直流/直流转换器，当切换频率太高时的该电感电流iL，该输出电压的感测值(Vfb)与该节点SW处的电压VSW的波形如图3所示。在图3与Vfb有关的波形中，呈梯型的波形亦是显示该直流/直流转换器所能承受的安全范围，而Vfb的波形始终超出该安全范围，且在约为100μ秒处，开始大幅超出该安全范围。
本人鉴于现行方案的上述缺陷，努力改进，提出新方案“用于切换式直流/直流转换器的芯片上软启动电路的方法”，详述如下。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种用于切换式直流/直流转换器的芯片上软启动电路的方法，用以抑制该转换器于软启动时所产生的突波电流与过冲电压。
本发明的又一主要目的在于提供一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当该转换器的输出电压的检测值小于或等于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值(rated value)乘以第二预定值，以抑制该转换器于软启动时所产生的突波电流(inrush current)与过冲电压(overshoot voltage)至少其一。
本发明的另一主要目的在于提供一种直流/直流转换器的控制方法，包含下列的步骤：当该转换器的输出电压的检测值大于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值；以及当该输出电压的该检测值小于或等于该第一预定值时，使该转换器的该切换频率运作于该额定值乘以第二预定值。
本发明的另一主要目的在于提供一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当该转换器的输出电压小于或等于该第一预定值时，使该转换器的工作频率运作于额定值乘以第二预定值。
为了让本发明的上述目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举较优实施例，并配合所附图式，作详细说明如下：
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为现有的具软启动电路的降压型直流/直流转换器的电路示意图；
图2为依据现有的直流/直流转换器的控制方法，当责任比较低，且切换频率也较低时，如图1所示的该直流/直流转换器的电感电流iL，输出电压的感测值Vfb与节点SW处的电压VSW的波形图；
图3为依据现行的一直流/直流转换器的控制方法，当切换频率较高时，如图1所示的该直流/直流转换器的该电感电流iL，该输出电压的感测值(Vfb)与该节点SW处的电压VSW的波形图；以及
图4为依据本发明的第一较优实施例的直流/直流转换器的控制方法，如图1所示的该直流/直流转换器的该电感电流iL，该输出电压的感测值Vfb与该节点SW处的电压VSW的波形图。
具体实施方式
本发明提供一种切换式直流/直流转换器的芯片上软启动电路的方法。本发明在软启动期间调适性地交换切换频率以解决上述该转换器于软启动时所产生的该突波电流与该过冲电压的问题。
依据本发明的第一较优实施例的切换式直流/直流转换器(例如图1)的控制方法，包含步骤：当该转换器的输出电压(VO)的检测值(Vfb)小于或等于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值乘以第二预定值，以抑制该转换器于软启动时所产生的突波电流与过冲电压至少其一。该转换器包括输入端(例如，该误差放大器的输入端)，且该方法更包括下列的步骤：反馈该检测值(Vfb)至该输入端，据以调整该输出电压(VO)；以及当该输出电压(VO)的该检测值(Vfb)大于该第一预定值时，使该转换器的该切换频率运作于该额定值。该转换器包括二输出端与并联电连接于该二输出端的分压电路(例如，图1中的该第一电阻与该第二电阻所组成的一分压电路)，该分压电路用以检测该输出电压VO的该检测值(Vfb)，该第一预定值为该分压电路的额定输出值(Vfb的额定值)乘以第一比率，该第二预定值为第二比率。例如，该第一比率为0.75，该第二比率是介于1/3到1/4的范围之间。该分压电路包含串联电连接的该第一与该第二电阻，且该额定输出值为该第二电阻的电压降。
当如图1所示的该直流/直流转换器的该感测电压Vfb小于Vfb的额定值的75％时，将该直流/直流转换器的切换频率设定于较低的频率(例如：切换频率fsw＝fnor/n，n＝3-4，其中fsw为目前的切换频率，fnor为切换频率的额定值)。当该感测电压Vfb的检测值大于Vfb的该额定值的75％时，则将该直流/直流转换器的该切换频率设定于该切换频率的该额定值。如此一来，则该突波电流与该过冲电压的问题可被显著地改善。当责任比(duty ratio)与该切换频率分别为第一与第二相对较低值，或者当该切换频率为相对较高值时，该转换器于该软启动时将产生该突波电流与该过冲电压。
如前所述，当责任比(duty ratio)与该切换频率分别为第一与第二相对较低值，或者当该切换频率为相对较高值时，该转换器于该软启动时将产生该突波电流与该过冲电压。该转换器接收输入电压VIN与产生该输出电压VO，该责任比＝VO/VIN，该第一相对较低值是0.1，该第二相对较低值是50KHz，且该相对较高值是1MHz。
依据本发明的第一较优实施例的切换式直流/直流转换器的控制方法，如图1所示的该直流/直流转换器的该电感电流iL，该输出电压的感测值(Vfb)与该节点SW处的电压VSW的波形如图4所示。在图4与Vfb有关的波形中，呈梯型的波形也是显示该切换式直流/直流转换器所能承受的安全范围。在图4中Vfb很明显地贴近于该安全范围，因此可看出该突波电流与该过冲电压的问题确已被被显著地改善了。
当然，本发明的第一较优实施例的切换式直流/直流转换器的控制方法也可改写为本发明的第二较优实施例，其为直流/直流转换器(例如图1)的控制方法，包含下列的步骤：当该转换器的输出电压(VO)的检测值(Vfb)大于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值；以及当该输出电压(VO)的该检测值(Vfb)小于或等于该第一预定值时，使该转换器的该切换频率运作于该额定值乘以第二预定值。该方法更包括步骤：反馈该检测值(Vfb)至该转换器，据以调整该输出电压(VO)，以抑制该转换器在软启动时的突波电流与过冲电压，其中该直流/直流转换器为切换式直流/直流转换器。
此外，本发明的第一较优实施例的切换式直流/直流转换器的控制方法也可改写为本发明的第三较优实施例，其为切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当该转换器的输出电压(VO)小于或等于该第一预定值时，使该转换器的工作频率运作于额定值乘以一第二预定值(例如，1/3-1/4)。该第一预定值为该输出电压(VO)的检测值(例如，Vfb)乘以一第三预定值(例如，75％)。
实施例：
1.一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当该转换器的输出电压的检测值小于或等于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值乘以第二预定值，以抑制该转换器于软启动时所产生的突波电流(inrush current)与过冲电压(overshoot voltage)至少其一。
2.根据实施例1所述的方法，其中该转换器包括输入端，且该方法也包括下列的步骤：
当该输出电压的该检测值大于该第一预定值时，使该转换器的该切换频率运作于该额定值；以及
反馈该检测值至该输入端，据以调整该输出电压。
3.根据实施例1或2所述的方法，其中该转换器包括二输出端与并联电连接于该二输出端的分压电路，该分压电路用以检测该检测值，该第一预定值为该分压电路的额定输出值乘以第一比率，该第二预定值为第二比率。
4.根据以上任一实施例所述的方法，其中该第一比率为0.75，该第二比率介于1/3到1/4的范围之间，该分压电路包含串联电连接的第一与第二电阻，且该额定输出值为该第二电阻的电压降。
5.根据以上任一实施例所述的方法，其中当责任比(duty ratio)与该切换频率分别为第一与第二相对较低值，或者当该切换频率为相对较高值时，该转换器于该软启动时将产生该突波电流与该过冲电压。
6.根据以上任一实施例所述的方法，其中该转换器接收输入电压VIN与产生该输出电压VO，该责任比＝VO/VIN，该第一相对较低值是0.1，该第二相对较低值是50KHz，且该相对较高值是1MHz。
7.一种直流/直流转换器的控制方法，包含下列的步骤：
当该转换器的输出电压的检测值大于第一预定值时，使该转换器的切换频率运作于额定值；以及
当该输出电压的该检测值小于或等于该第一预定值时，使该转换器的该切换频率运作于该额定值乘以第二预定值。
8.根据实施例7所述的方法，其中该方法更包括步骤：反馈该检测值至该转换器，据以调整该输出电压，以抑制该转换器于软启动时的突波电流(inrush current)与过冲电压(overshoot voltage)，其中该直流/直流转换器为切换式直流/直流转换器。
9.一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当该转换器的输出电压小于或等于第一预定值时，使该转换器的工作频率运作于额定值乘以第二预定值。
10.根据实施例9所述的方法，其中该第一预定值为该输出电压的检测值乘以第三预定值。
综上所述，本发明提供一种切换式直流/直流转换器的芯片上软启动电路的方法，用以抑制该转换器于软启动时所产生的突波电流与过冲电压，具有多重优点十分方便。
尽管本发明已由上述的实施例所详细叙述而可由熟悉本领域技术人员经思考后进行多种变化修改，然均不脱如附申请专利范围所欲保护者。

Claims (10)

1.一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当所述转换器的输出电压的检测值小于或等于第一预定值时，使所述转换器的切换频率运作于额定值乘以第二预定值，以抑制所述转换器在软启动时所产生的突波电流和过冲电压至少其一。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述转换器包括输入端，且所述方法还包括下列的步骤：
当所述输出电压的所述检测值大于所述第一预定值时，使所述转换器的所述切换频率运作于所述额定值；以及
反馈所述检测值至所述输入端，据以调整所述输出电压。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述转换器包括两个输出端与并联电连接于所述两个输出端的分压电路，所述分压电路用以检测所述检测值，所述第一预定值为所述分压电路的额定输出值乘以第一比率，所述第二预定值为第二比率。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述第一比率为0.75，所述第二比率介于1/3到1/4的范围之间，所述分压电路包含串联电连接的第一与第二电阻，且所述额定输出值为所述第二电阻的电压降。
5.如权利要求1所述的方法，其中当责任比与所述切换频率分别为第一与第二相对较低值，或者当所述切换频率为相对较高值时，所述转换器于所述软启动时将产生所述突波电流与所述过冲电压。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述转换器接收输入电压VIN与产生所述输出电压VO，所述责任比＝VO/VIN，所述第一相对较低值是0.1，所述第二相对较低值是50KHz，且所述相对较高值是1MHz。
7.一种直流/直流转换器的控制方法，包含下列的步骤：
当所述转换器的输出电压的检测值大于第一预定值时，使所述转换器的切换频率运作于额定值；以及
当所述输出电压的所述检测值小于或等于所述第一预定值时，使所述转换器的所述切换频率运作于所述额定值乘以第二预定值。
8.如权利要求7所述的方法，其中所述方法还包括步骤：反馈所述检测值至所述转换器，据以调整所述输出电压，以抑制所述转换器于软启动时的突波电流与过冲电压，其中所述直流/直流转换器为切换式直流/直流转换器。
9.一种切换式直流/直流转换器的控制方法，包含步骤：当所述转换器的输出电压小于或等于第一预定值时，使所述转换器的工作频率运作于额定值乘以第二预定值。
10.如权利要求9所述的方法，其中所述第一预定值为所述输出电压的检测值乘以第三预定值。
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