CN103840661A

CN103840661A - 降压式电源转换器

Info

Publication number: CN103840661A
Application number: CN201210478917.3A
Authority: CN
Inventors: 林宝全; 林素圆; 周宏哲
Original assignee: Excelliance Mos Corp
Current assignee: Excelliance Mos Corp
Priority date: 2012-11-22
Filing date: 2012-11-22
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-11-22
Also published as: CN103840661B

Abstract

一种降压式电源转换器，包括功率晶体管、电感、第一二极管以及抗震铃电路。功率晶体管具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收输入电压，其控制端接收脉宽调制信号。抗震铃电路依据检测功率晶体管的第二端上的检测电压，并依据检测电压以提供至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在功率晶体管的第二端与参考接地端间以箝制检测电压的电压值。

Description

降压式电源转换器

技术领域

本发明是有关于一种降压式电源转换器，且特别是有关于一种可降低震铃现象的降压式电源转换器。

背景技术

图1是熟知的降压式电源转换器100的电路图，其中，降压式电源转换器100包括功率晶体管Q1、二极管D1、电感L1以及电容C1、C2，降压式电源转换器100依据所接收的输入电压VIN来产生输出电压VOUT以驱动负载RL。

其中，功率晶体管Q1依据所接收的脉宽调制信号PWM以导通或断开，降压式电源转换器100并通过功率晶体管Q1的被导通及断开的过程，将电流由接收输入电压VIN的输入端IN传送至降压式电源转换器100的输出端OUT。当功率晶体管Q1被导通时，电感L1两端的电压差等于输入电压VIN减去输出电压VOUT(＝VIN-VOUT)，电流由输入端IN通过功率晶体管Q1流向输出端OUT，且电流随时间增加的速率等于输入电压VIN减去输出电压VOUT并除以电感L1的感值(＝(VIN-VOUT)/L1)。

而当功率晶体管Q1被断开时，电流改经由二极管D1来形成回路，此时电感L1两端的电压差变更为输出电压VOUT与二极管D1上的跨压VD的和的负值(＝-(VOUT+VD))，电感L1上的电流随时间减少的速率则等于输出电压VOUT与二极管D1上的跨压VD的和除以电感L1的感值(＝(VOUT+VD)/L1)。若负载RL为轻载时，降压式电源转换器100会进入不连续导通模式(discontinuous-conduction mode，DCM)，而在电感L1上的电流递减到等于0以后，功率晶体管Q1与电感L1的耦接端点上的电压VB会发生震铃现象，并进而产生不必要的噪声。

发明内容

本发明提供一种降压式电源转换器，有效降低轻载状态下功率晶体管上所可能产生的震铃现象。

本发明提出一种降压式电源转换器，包括功率晶体管、电感、第一二极管以及抗震铃电路。功率晶体管具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收输入电压，其控制端接收脉宽调制信号。电感串接在功率晶体管的第二端与降压式电源转换器的输出端间。第一二极管的阴极耦接至功率晶体管的第二端，其阳极耦接至参考接地端。抗震铃电路耦接在功率晶体管的第二端与参考接地端间，依据检测功率晶体管的第二端上的检测电压，并依据检测电压以提供至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在功率晶体管的第二端与参考接地端间以箝制检测电压的电压值。

在本发明的一实施例中，上述的抗震铃电路依据检测电压来推算流经电感上的电流绝对值小于临界电流值时，抗震铃电路提供至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在功率晶体管的第二端与参考接地端间。

在本发明的一实施例中，上述的抗震铃电路依据检测电压来推算流经电感上的电流等于零时，抗震铃电路提供至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在功率晶体管的第二端与参考接地端间。

在本发明的一实施例中，上述的抗震铃电路更包括开关以及控制电路。开关的第一端耦接至功率晶体管的第二端，其第二端耦接至第二二极管的阳极，开关的控制端接收控制信号，并依据控制信号以导通或断开。控制电路耦接开关的控制端以及功率晶体管的第二端。控制电路依据检测电压以产生控制信号。

在本发明的一实施例中，上述的控制电路依据检测电压来推算流经电感上的电流绝对值是否小于临界电流值以产生控制信号。

在本发明的一实施例中，上述的当控制电路依据检测电压来推算流经电感上的电流绝对值小于临界电流值时，控制电路产生控制信号以导通该开关。

在本发明的一实施例中，降压式电源转换器更包括电容，其一端耦接至第一二极管的阴极，其另一端耦接至第一二极管的阳极。

在本发明的一实施例中，降压式电源转换器更包括稳电电容，串接在功率晶体管的输出端与参考接地端间。

基于上述，本发明提供抗震铃电路以通过检测功率晶体管的第二端上的检测电压的大小，来推算出流经电感上的电流值，抗震铃电路并据以提供二极管来耦接至功率晶体管的第二端上以达到箝制检测电压的电压值的效果。如此一来，降压式电源转换器在处于轻载的状态下所可能产生的震铃现象可以有效的被削减，降低降压式电源转换器中所可能产生的噪声。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1是熟知的降压式电源转换器100的电路图；

图2是本发明一实施例的降压式电源转换器200的示意图；

图3A是本发明另一实施例的降压式电源转换器300的示意图；

图3B是本发明实施例抗震铃电路310的一实施方式的部份电路示意图。

【附图标记说明】

100、200、300：降压式电源转换器；

210、310：抗震铃电路；

311：控制电路；

Q1：功率晶体管；

L1：电感；

D1、D2、D21～D2N：二极管；

PWM：脉宽调制信号；

OUT：输出端；

VOUT：输出电压；

VIN：输入电压；

GND：参考接地端；

RL：负载；

VA：检测电压；

C1、C2：电容；

IN：输入端；

VB：电压；

CTRL：控制信号；

SW：开关。

具体实施方式

以下请参照图2，图2是本发明一实施例的降压式电源转换器200的示意图。降压式电源转换器200包括功率晶体管Q1、电感L1、二极管D1以及抗震铃电路210。功率晶体管Q1具有第一端(例如源极)、第二端(例如漏极)以及控制端(例如栅极)，其第一端接收输入电压VIN，其控制端接收脉宽调制信号PWM，功率晶体管Q1并依据脉宽调制信号PWM以导通或断开。功率晶体管Q1的第二端耦接至电感L1，而电感L1的另一端则耦接至降压式电源转换器200的输出端OUT以产生输出电压VOUT。

二极管D1串接在功率晶体管Q1的第二端以及参考接地端GND间，其中，二极管D1的阳极耦接至参考接地端GND，二极管D1的阴极则耦接至功率晶体管Q1的第二端(并与电感L1相耦接)。

抗震铃电路210耦接在功率晶体管Q1的第二端与参考接地端GND间。抗震铃电路210依据检测功率晶体管Q1的第二端上的检测电压VA，并依据检测电压VA以提供二极管D2以顺向偏压的方式串接在功率晶体管Q1的第二端与参考接地端GND间以箝制检测电压VA的电压值。

进一步来说明，抗震铃电路210可依据检测电压VA的电压值来推算流经电感L1上的电流是否等于0，并在流经电感L1上的电流等于0时，提供二极管D2以顺向偏压的方式串接在功率晶体管Q1的第二端与参考接地端GND间，以对检测电压VA的电压值产生箝制的效应，并由此抑制检测电压VA所产生的振铃现象。在实际的操作上，抗震铃电路210可以通过检测电压VA来推算流经电感L1上的电流是否小于临界电流值，并当流经电感L1上的电流小于临界电流值时，对应提供二极管D2串接在功率晶体管Q1的第二端与参考接地端GND间。

上述的临界电流值的大小可以是一个接近0而略大于0的值，而临界电流值可以由设计者依据电路的实际状态预先进行设定。

此外，在本实施例中，降压式电源转换器200另包括电容C1以及稳压电容C2，其中，电容C1与二极管D1并连，稳压电容C2则串接在电感L1未耦接功率晶体管Q1的第二端的端点上。降压式电源转换器200的输出端OUT针对输入电压VIN进行转换以产生输出电压VOUT以驱动负载RL。

以下请参照图3A，图3A是本发明另一实施例的降压式电源转换器300的示意图。降压式电源转换器300包括功率晶体管Q1、电感L1、二极管D1、电容C1以及稳压电容C2以及抗震铃电路310。在本实施例中，抗震铃电路310包括开关SW以及控制电路311。开关SW的第一端耦接至功率晶体管Q1的第二端。开关SW的第二端则耦接至二极管D2的阳极。此外，开关SW的控制端接收控制信号CTRL，并依据控制信号CTRL以导通或断开。

控制电路311则耦接开关SW的控制端以及功率晶体管Q1的第二端，该控制电路311依据检测电压VA以产生控制信号CTRL。进一步来说明，控制电路311检测功率晶体管Q1的第二端上的检测电压的大小，并依据检测电压VA来推知流经电感L1的电流的绝对值。当控制电路311判断出流经电感L1的电流的绝对值等于零(或小于临界电流值)时，控制电路311通过其所产生的控制信号CTRL来使开关SW到导通。如此一来，二极管D2会以被顺向偏压的方式，串接在功率晶体管Q1的第二端与参考接地端GND间。通过顺向偏压的二极管D2，检测电压VA的电压值会被有效的箝制，进而有效减低所可能产生的震铃现象。

附带一提的，抗震铃电路310可以通过比较检测电压VA以及一个电压目标值来推算流经电感L1上的电流绝对值是否等于0(或接近0)。而上述的电压目标值可以设定为当流经电感L1上的电流绝对值等于0时，由电路理论所推得的检测电压的电压值。

值得一提的是，二极管D2也可以通过多个串接的二极管来取代。请参照图3B，图3B是本发明实施例抗震铃电路310的一实施方式的部份电路示意图。在本实施方式中，开关SW与参考接地端GND间串接多个二极管D21～D2N，其中，二极管D21～D2N依序以顺向偏压的方式耦接在开关SW与参考接地端GND间。

请注意，二极管D21～D2N的数量可以依据检测电压VA的大小以及二极管D21～D2N的临界电压来决定。其中，设计者可以依据当流经电感L1上的电流绝对值等于0时的检测电压VA的大小，来计算出所需要的二极管D21～D2N的数量。

综上所述，本发明通过检测功率晶体管与电感的连接端点上的检测电压的电压值，来推知流经电感的电流值是否等于0，并据此提供二极管以顺向偏压的方式串接在功率晶体管与电感的连接端与参考接地端间，以进而箝制检测电压的电压值，达到降低降压式电源转换器在轻载的状态下，所可能产生的震铃现象，进以降低所可能产生的噪声。并且，通过二极管来降低震铃现象的作法，在二极管可以快速的被导通而呈现低阻抗的特性下，降压式电源转换器所可能产生震铃现象是可以快速的被抑制的。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims

1.一种降压式电源转换器，其特征在于，包括：

一功率晶体管，具有第一端、第二端以及控制端，其第一端接收一输入电压，其控制端接收一脉宽调制信号；

一电感，串接在该功率晶体管的第二端与该降压式电源转换器的输出端间；

一第一二极管，其阴极耦接至该功率晶体管的第二端，其阳极耦接至一参考接地端；以及

一抗震铃电路，耦接在该功率晶体管的第二端与该参考接地端间，依据检测该功率晶体管的第二端上的一检测电压，并依据该检测电压以提供至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在该功率晶体管的第二端与该参考接地端间以箝制该检测电压的电压值。

2.根据权利要求1所述的降压式电源转换器，其特征在于，该抗震铃电路依据该检测电压来推算流经该电感上的电流绝对值小于一临界电流值时，该抗震铃电路提供该至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在该功率晶体管的第二端与该参考接地端间。

3.根据权利要求1所述的降压式电源转换器，其特征在于，该抗震铃电路依据该检测电压来推算流经该电感上的电流等于零时，该抗震铃电路提供该至少一第二二极管以顺向偏压的方式串接在该功率晶体管的第二端与该参考接地端间。

4.根据权利要求1所述的降压式电源转换器，其特征在于，该抗震铃电路还包括：

一开关，其第一端耦接至该功率晶体管的第二端，其第二端耦接至该至少一第二二极管的阳极，该开关的控制端接收一控制信号，并依据该控制信号以导通或断开；以及

一控制电路，耦接该开关的控制端以及该功率晶体管的第二端，该控制电路依据该检测电压以产生该控制信号。

5.根据权利要求4所述的降压式电源转换器，其特征在于，该控制电路依据该检测电压来推算流经该电感上的电流绝对值是否小于该临界电流值以产生该控制信号。

6.根据权利要求5所述的降压式电源转换器，其特征在于，当该控制电路依据该检测电压来推算流经该电感上的电流绝对值小于该临界电流值时，该控制电路产生该控制信号以导通该开关。

7.根据权利要求1所述的降压式电源转换器，其特征在于，还包括：

一稳压电容，串接在该功率晶体管的输出端与该参考接地端间。