CN116961158A - 快速动态响应负载转换状态的切换式充电器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种快速动态响应负载转换状态的切换式充电器。上桥开关的第一端耦接输入电压。下桥开关的第一端连接上桥开关的第二端。下桥开关的第一端与上桥开关的第二端之间的节点连接电感的第一端。电感的第二端连接电容的第一端。恒定导通时间电路依据输入电压以及输出电感的第二端与电容的第一端之间的节点的输出电压，以决定导通时间信号的占空比或脉波宽度。控制电路依据导通时间信号，以控制驱动电路驱动上桥开关以及下桥开关。

Description

快速动态响应负载转换状态的切换式充电器
技术领域
本发明涉及一种切换式充电器，特别是涉及一种快速动态响应负载转换状态的切换式充电器。
背景技术
近年来随着科技的进步，具有各种不同功能的电子产品已逐渐被研发出来，不但满足了人们的各种不同需求，更融入每个人的日常生活，使得人们生活更为便利。这些电子产品是由各种电子组件所组成，而每一个电子组件所需的电源电压不尽相同。为了使这些各式各样不同功能的电子产品正常运作，需要通过切换式充电器将输入电压转换为适当的电压，而提供给电子产品的电子组件使用。
然而，当传统切换式充电器的负载转换状态时，例如从重载转轻载或从轻载转重载时，传统切换式充电器中的上桥开关和下桥开关无法立即根据负载的转换状态进行适当的快速切换。其结果为，传统切换式充电器的输出电流或电压信号中可能产生突波，导致传统切换式充电器以及与传统切换式充电器的输出端相连接的其他电路组件损坏。或者，传统切换式充电器供应给电池的充电电流过小，无法有效地将电池的电压充电至目标电压。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，包含上桥开关、下桥开关、驱动电路、恒定导通时间电路以及控制电路。上桥开关的第一端耦接输入电压。下桥开关的第一端连接上桥开关的第二端。下桥开关的第二端接地。下桥开关的第一端与上桥开关的第二端之间的节点连接电感的第一端。电感的第二端连接输出电容的第一端。电感的第二端与输出电容的第一端之间的输出节点连接负载。驱动电路连接上桥开关的控制端以及下桥开关的控制端。驱动电路配置以驱动上桥开关以及下桥开关。恒定导通时间电路配置以取得输入电压。恒定导通时间电路取得输出节点的电压作为所述切换式充电器的输出电压。恒定导通时间电路依据输出电压与输入电压两者以决定导通时间信号的占空比或脉波宽度，并输出导通时间信号。控制电路连接驱动电路以及恒定导通时间电路。控制电路配置以依据导通时间信号，以控制驱动电路。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含误差放大器。误差放大器的第一输入端连接输出节点。误差放大器的第二输入端连接第一参考电压。误差放大信号的输出端连接控制电路的输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含比较器。比较器的第一输入端连接斜波信号产生器。比较器的第二输入端连接误差放大器的输出端。比较器的输出端连接控制电路。比较器配置以比较误差放大器输出的误差放大信号与斜波信号产生器产生的斜波信号，以输出脉波宽度调变信号。控制电路依据脉波宽度调变信号与导通时间信号，以控制驱动电路。
在实施例中，当控制电路判断脉波宽度调变信号的工作周期大于导通时间信号的工作周期，或判断脉波宽度调变信号的脉波宽度大于导通时间信号的脉波宽度时，控制电路依据脉波宽度调变信号以控制驱动电路。
在实施例中，当控制电路判断脉波宽度调变信号的工作周期不大于导通时间信号的工作周期，或判断脉波宽度调变信号的脉波宽度不大于导通时间信号的脉波宽度时，控制电路依据导通时间信号以控制驱动电路。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含电流感测电路以及换压电路。电流感测电路串联连接电池。换压电路连接电流感测电路以及比较器的第二输入端。电流感测电路配置以感测从输出节点流向电池的充电电流以输出电流感测信号。换压电路依据电流感测信号以输出换压信号至比较器的第二输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含电流感测放大器。电流感测放大器连接电流感测电路以及换压电路。电流感测放大器配置以将电流感测电路感测到的充电电流放大以输出电流放大信号至换压电路。换压电路依据电流放大信号以输出换压信号至比较器的第二输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含运算放大器。运算放大器的第一输入端连接换压电路的第一输入端。运算放大器的第二输入端连接运算放大器的输出端以及比较器的第二输入端。换压电路依据电流放大信号以输出换压信号至运算放大器的第一输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含电阻。电阻的第一端连接换压电路。电阻的第二端连接运算放大器的第一输入端例如非反相输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一回授电容以及第二回授电容。第一回授电容的第一端连接误差放大器的第一输入端。第一回授电容的第二端连接第二回授电容的第一端，第二回授电容。第二回授电容的第二端连接误差放大信号的输出端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一回授开关。第一回授开关的第一端连接第一回授电容的第一端。第一回授开关的第二端连接第一回授电容的第二端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一回授电阻、第二回授电阻以及第三回授电容。第一回授电阻的第一端连接误差放大器的第一输入端。第一回授电阻的第二端连接第二回授电阻的第一端。第二回授电阻的第二端连接第三回授电容的第一端。第三回授电容的第二端连接误差放大信号的输出端。
所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第二回授开关。第二回授开关的第一端连接第一回授电阻的第一端。第二回授开关的第二端连接第一回授电阻的第二端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含分压电路。分压电路包含第一分压电阻以及第二分压电阻。第一分压电阻的第一端连接输出节点。第一分压电阻的第二端连接第二分压电阻的第一端。第二分压电阻的第二端接地。第一分压电阻的第二端与第二分压电阻的第一端之间的反馈节点连接误差放大器的第一输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含运算放大器。运算放大器的第一输入端连接反馈节点。运算放大器的第二输入端耦接第二参考电压。运算放大器的输出端连接误差放大器的第一输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含二极管。二极管的阳极连接运算放大器的输出端。二极管的阴极连接误差放大器的第一输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一电阻。第一电阻的第一端连接二极管的阴极。第一电阻的第二端连接误差放大器的第一输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第二电阻。第二电阻的第一端连接第一电阻的第二端。第二电阻的第二端连接误差放大器的第一输入端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一开关组件。第一开关组件的第一端连接第一电阻的第一端。第一开关组件的第二端连接第一电阻的第二端。
在实施例中，所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第三电阻以及第一电容。第三电阻的第一端连接二极管的阴极。第三电阻的第二端连接第一电容的第一端。第一电容的第二端连接误差放大器的第一输入端。
如上所述，本发明提供一种快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其在负载瞬间转换状态时，可依据负载的状态，快速动态调整对上桥开关以及下桥开关执行的切换作业，以防止输出电压以及输出电流过冲(overshoot)或下冲(undershoot)，造成切换式充电器以及接收切换式充电器的电力的电路组件损坏。
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与图式，然而所提供的图式仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1为本发明第一实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的电路布局图。
图2为本发明第一实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
图3为本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的电路布局图。
图4为本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器中的部分电路组件的电路布局图。
图5为本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
图6为传统切换式充电器与本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
图7为传统切换式充电器与本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
图8为传统切换式充电器与本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
具体实施方式
以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
请参阅图1和图2，其中图1为本发明第一实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的电路布局图，图2为本发明第一实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
本发明实施例的切换式充电器可包含如图1所示的恒定导通时间电路COT、上桥开关HD、下桥开关LD、驱动电路DVR以及控制电路CTR。
上桥开关HD的第一端可耦接输入电压Vbus。下桥开关LD的第一端可连接上桥开关HD的第二端。下桥开关LD的第二端可接地。下桥开关LD的第一端与上桥开关HD的第二端之间的节点LX可连接电感L的第一端。电感L的第二端可连接输出电容Cout的第一端。输出电容Cout的第二端接地。电感L的第二端与输出电容Cout的第一端之间的输出节点可连接负载。电感L的第二端与输出电容Cout的第一端之间的输出节点为切换式充电器的输出端。
驱动电路DV可连接上桥开关HD的控制端以及下桥开关LD的控制端。控制电路CTR可连接驱动电路DVR以及恒定导通时间电路COT。
恒定导通时间电路COT可(耦接输入电压Vbus，以)取得输入电压Vbus。另外，恒定导通时间电路COT可(连接电感L的第二端与输出电容Cout的第一端之间的输出节点，以)取得切换式充电器的输出端的输出电压Vsys。
值得注意的是，恒定导通时间电路COT可依据输出电压Vsys以及输入电压Vbus的电压值，以决定导通时间信号SCOT的占空比或脉波宽度，并输出导通时间信号SCOT。
举例而言，恒定导通时间电路COT可计算输出电压Vsys与输入电压Vbus的比例，或是计算输出电压Vsys与输入电压Vbus的差值，并依据计算出的输出电压Vsys与输入电压Vbus的比例或差值，以决定导通时间信号SCOT的占空比或脉波宽度。
控制电路CTR可依据从恒定导通时间电路COT接收到的导通时间信号SCOT，以输出控制信号至驱动电路DVR。接着，驱动电路DV可依据控制信号，以输出上桥驱动信号至上桥开关HD的控制端，并输出下桥驱动信号至下桥开关LD的控制端，以适当地切换上桥开关HD以及下桥开关LD。
举例而言，导通时间信号SCOT的占空比越大，上桥开关HD的导通时间越长，下桥开关LD的导通时间越短。反之，导通时间信号SCOT的占空比越小，上桥开关HD的导通时间越短，下桥开关LD的导通时间越长。
本发明实施例的切换式充电器可包含如图1所示的误差放大讯器ERR、比较器CMP、运算放大器AMP1至AMP4，以及分压电路所包含的第一分压电阻R11和第二分压电阻R12，但本发明不以此为限。实务上，如图1所示的部分电路组件(例如运算放大器AMP1至AMP4、第一分压电阻R11以及第二分压电阻R12)可依据实际需求而省略。
第一分压电阻R11的第一端可连接电感L的第二端与输出电容Cout的第一端之间的输出节点。第一分压电阻R11的第二端可连接第二分压电阻R12的第一端。第二分压电阻R12的第二端可接地。
运算放大器AMP1的第一输入端例如非反相输入端可连接第一分压电阻R11的第二端与第二分压电阻R12的第一端之间的反馈节点。运算放大器AMP1的第二输入端可耦接第二参考电压Vcv。运算放大器AMP1可依据运算放大器AMP1的第一输入端的电压(即反馈节点的电压)与运算放大器AMP1的第二输入端的电压(即第二参考电压Vcv)，以输出运算放大信号。
其他运算放大器AMP2至AMP4的输入端可分别接收其他数据例如输出电流IL、输入电流Icic或电源电压DPM，并依据接收到的数据(与参考电压)以输出运算放大信号。
若有需要，本发明实施例的切换式充电器可包含以下一或多者：二极管D1至D4、第一电阻R31、第二电阻R32、第一开关组件SW31、第三电阻R33以及第一电容C31。
运算放大器AMP1至AMP4的输出端可分别连接二极管D1至D4的阳极。二极管D1至D4的阴极可连接第一电阻R31的第一端。第一电阻R31的第二端可连接第二电阻R32的第一端。第二电阻R32的第二端可连接误差放大器ERR的第一输入端例如反相输入端。
第一开关组件SW31的第一端可连接第一电阻R31的第一端。第一开关组件SW31的第二端可连接第一电阻R31的第二端。第一开关组件SW31的控制端可连接控制电路CTR或其他外部主控电路。
第三电阻R33的第一端可连接二极管D1至D4的阴极。第三电阻R33的第二端可连接第一电容C31的第一端。第一电容C31的第二端可连接误差放大器ERR的第一输入端例如反相输入端。误差放大器ERR的第二输入端例如非反相输入端可连接第一参考电压Vref1。
比较器CMP的第一输入端例如非反相输入端可连接斜波信号产生器，并可从此斜波信号产生器接收斜波信号RAMP。比较器CMP的第二输入端例如反相输入端可连接误差放大器ERR的输出端。比较器CMP的输出端可连接控制电路CTR。
若有需要，本发明实施例的切换式充电器可包含以下一或多者：第一回授电容C21、第二回授电容C22、第一回授开关SW21、第一回授电阻R21、第二回授开关SW22、第二回授电阻R22以及第三回授电容C23，但本发明不以此为限。
第一回授电容C21的第一端可连接误差放大器ERR的第一输入端。第一回授电容C21的第二端可连接第二回授电容C22的第一端。第二回授电容C22的第二端可连接误差放大信号EAO的输出端。
第一回授开关SW21的第一端可连接第一回授电容C21的第一端。第一回授开关SW21的第二端可连接第一回授电容C21的第二端。
第一回授电阻R21的第一端可连接误差放大器ERR的第一输入端。第一回授电阻R21的第二端可连接第二回授电阻R22的第一端。第二回授电阻R22的第二端可连接第三回授电容C23的第一端。第三回授电容C23的第二端可连接误差放大信号EAO的输出端。
第二回授开关SW22的第一端可连接第一回授电阻R21的第一端。第二回授开关SW22的第二端可连接第一回授电阻R21的第二端。
误差放大器ERR可将误差放大器ERR的第一输入端的电压与误差放大器ERR的第二输入端的第一参考电压Vref1的差值放大，以输出一误差放大信号EAO至比较器CMP的第二输入端。
比较器CMP的第一输入端例如非反相输入端可从斜波信号产生器接收斜波信号RAMP。比较器CMP可比较误差放大信号EAO与斜波信号RAMP的电压，以输出脉波宽度调变信号PWM至控制电路CTR。
控制电路CTR可依据脉波宽度调变信号PWM，控制驱动电路DVR驱动上桥开关HD以及下桥开关LD。例如，脉波宽度调变信号PWM的占空比越大，上桥开关HD的导通时间越长，下桥开关LD的导通时间越短。反之，脉波宽度调变信号PWM的占空比越小，上桥开关HD的导通时间越短，下桥开关LD的导通时间越长。
值得注意的是，如上所述，如图1所示的回授电路FB所包含大量电路组件，执行作业需耗费一段过长时间。当负载瞬间从重载转轻载，或负载突然被移除时，回授电路FB的误差放大器ERR产生的误差放大信号EAO如图2所示缓慢地下降。其结果为，回授电路FB的比较器CMP依据误差放大信号EAO与斜波信号RAMP所输出的脉波宽度调变信号PWM的占空比、脉波宽度如图2所示缓慢地降低。
应理解，当负载瞬间从重载转轻载，或负载突然被移除时，负载所需负载电流ILoad降低或不需负载电流ILoad。此时，若控制电路CTR依据如图1所示的回授电路FB输出的脉波宽度调变信号PWM的占空比，无法立即关闭上桥开关HD、开启下桥开关LD，将导致切换式充电器的输出端的输出电流IL过大，造成切换式充电器的输出端的电路组件损坏。
因此，在本发明实施例的切换式充电器中，设置恒定导通时间电路COT。恒定导通时间电路COT可依据输出电压Vsys以及输入电压Vbus的电压值，以决定导通时间信号SCOT的占空比或脉波宽度，并输出导通时间信号SCOT。
控制电路CTR可将每次从回授电路FB的比较器CMP接收到的脉波宽度调变信号PWM，与从恒定导通时间电路COT接收到的导通时间信号SCOT，两者的占空比或脉波宽度进行比较，以决定依据脉波宽度调变信号PWM与误差放大信号EAO中的其中一者，控制驱动电路DVR驱动上桥开关HD以及下桥开关LD。
详言之，当控制电路CTR判断脉波宽度调变信号PWM的工作周期大于导通时间信号SCOT的工作周期，或判断脉波宽度调变信号PWM的脉波宽度大于导通时间信号SCOT的脉波宽度时，控制电路CTR依据脉波宽度调变信号PWM，以控制驱动电路DVR驱动上桥开关HD以及下桥开关LD。
相反地，当控制电路CTR判断脉波宽度调变信号PWM的工作周期如图2所示逐渐降低至不大于导通时间信号SCOT的工作周期，或判断脉波宽度调变信号PWM的脉波宽度如图2所示逐渐降低至不大于导通时间信号SCOT的脉波宽度时，控制电路CTR依据导通时间信号SCOT，以控制驱动电路DVR驱动上桥开关HD以及下桥开关LD。
驱动电路DVR可依据从控制电路CTR接收到的控制信号，输出上桥驱动信号至上桥开关HD的控制端，输出下桥驱动信号至下桥开关LD的控制端，以开启或关闭上桥开关HD以及下桥开关LD。
也就是说，当负载瞬间从重载转轻载，或负载突然被移除时，负载所需负载电流ILoad下降或不需负载电流ILoad时，控制电路CTR依据导通时间信号SCOT以决定上桥开关HD以及开启下桥开关LD的状态，据以输出控制信号至驱动电路DVR。如此，驱动电路DV依据控制信号，快速关闭上桥开关HD以及开启下桥开关LD，以降低切换式充电器的输出端供应的输出电流IL，藉此防止切换式充电器输出的输出电流IL过大(即输出电流IL具有突波)而造成切换式充电器的输出端的电路组件损坏。
请参阅图3和图4，其中图3为本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的电路布局图；图4为本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器中的部分电路组件的电路布局图。第二实施例与第一实施例相同之处，不在本文中赘述。
值得注意的是，如图3和图4中虚线A1圈起来之处，切换式充电器的输出电流IL分成两路电流，也就是说输出电流IL是负载电流ILoad与充电电流Ichg的总合，分别为负载电流ILoad供应给负载，以及充电电流Ichg供应电池BAT。应理解，当切换式充电器的输出电流IL在某一时间点为一定值时，负载瞬间瞬时所需的负载电流ILoad变大时，电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg变小。反之，负载瞬间瞬时所需的负载电流ILoad变小时，电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg变大。
当负载瞬间从轻载转重载时，负载所需的负载电流ILoad瞬间上升时，电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg将过小，导致电池BAT的充电速度过慢。为了增加电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg，需增加切换式充电器的上桥开关HD开启的时间，以增加切换式充电器的输出电流IL。
相反地，当负载瞬间从重载转轻载，负载所需的负载电流ILoad降低，或是负载瞬间被移除而不需负载电流ILoad时，切换式充电器的输出电流IL完全供应至电池BAT。其结果为，电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg将突然上升至过高电流值。为了避免电池BAT接收到的充电电流Ichg突然上升至过高电流值，造成电池BAT过热，甚至损坏，需缩短上桥开关HD开启的时间，以降低切换式充电器供应的输出电流IL。
然而，如图3所示的回授电路FB包含大量电路组件，执行作业需耗费一段长时间。当负载瞬间从轻载转重载时，回授电路FB的误差放大器ERR产生的误差放大信号EAO缓慢地上升。其结果为，回授电路FB的比较器CMP依据误差放大信号EAO与斜波信号RAMP所输出的脉波宽度调变信号PWM的占空比缓慢地上升。
因此，在本发明实施例的切换式充电器中，更设置电流感测电路CCS、换压电路PAK、电流感测放大器CSA以及运算放大器AMP22，但本发明不以此为限。实务上，可依据实际需求，省略电流感测放大器CSA、运算放大器AMP22或两者。
电流感测电路CCS可串联连接电池BAT。电流感测放大器CSA的(两)输入端可连接电流感测电路CCS的输出端。电流感测电路CCS的输出端可连接换压电路PAK。换压电路PAK可连接运算放大器AMP22的第一输入端例如非反相输入端。运算放大器AMP22的第二输入端例如反相输入端可连接运算放大器AMP22的输出端以及比较器CMP的第二输入端例如反相输入端。
若有需要，切换式充电器更可包含电阻R42。电阻R42的第一端可连接换压电路PAK。电阻R42的第二端可连接电流感测放大器CSA的输出端以及运算放大器AMP22的第一输入端例如非反相输入端。
电流感测电路CCS可感测从电感L的第二端与输出电容Cout的第一端之间的输出节点流向电池BAT的充电电流，以输出一电流感测信号。若有需要，电流感测放大器CSA可将电流感测电路CCS感测到的充电电流放大，以输出一电流放大信号。接着，换压电路PAK可依据从电流感测放大器CSA接收到的电流放大信号，以输出一换压信号。
实务上，电流感测放大器CSA可选择性设置。若省略设置电流感测放大器CSA，换压电路PAK可直接依据从电流感测电路CCS接收到的电流感测信号，以输出换压信号。
详言之，换压电路PAK可依据电流感测电路CCS感测到的充电电流Ichg，或经电流感测放大器CSA将充电电流Ichg放大后输出的电流放大信号，判断负载目前的瞬时状态。换压电路PAK可进一步依据负载的状态，以决定输出的换压信号的电压值。
应理解，运算放大器AMP22的第二输入端的电压等于运算放大器AMP22的第一输入端的电压。当运算放大器AMP22的第一输入端例如非反相输入端从换压电路PAK接收换压信号时，运算放大器AMP22的第二输入端的电压快速拉升或拉降至等于换压信号的电压。其结果为，比较器CMP的第二输入端例如反相输入端的电压快速拉升或拉降至等于换压信号的电压。
当负载在轻载时充电器操作在恒定导通模式，负载所需的负载电流ILoad瞬间上升时，导致充电电流Ichg下降。此时，充电器经由先前说明的机制由恒定导通模式切换到PWM操作模式，而换压电路PAK此时可依据电流感测电路CCS感测到的充电电流Ichg变化，或经电流感测放大器CSA将充电电流Ichg变化放大后输出电流放大信号给换压电路PAK将比较器CMP的第二输入端例如反相输入端的电压(即误差放大信号EAO的电压)快速拉升。其结果为，控制电路CTR依据比较器CMP输出的脉波宽度调变信号PWM，可快速控制驱动电路DVR延长上桥开关HD开启的时间。其结果为，切换式充电器供应的输出电流IL可快速增加，使得电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg增加。
相反地，当负载从重载转轻载，从负载被移除时，可如第一实施例利用恒定导通时间电路COT，或是可如第二实施例利用电流感测电路CCS、换压电路PAK(、电流感测放大器CSA以及运算放大器AMP22)，以缩短上桥开关HD开启的时间。
详言之，当负载从重载转轻载，从负载被移除时，在第二实施例中，换压电路PAK可依据负载的状态，以快速拉降比较器CMP的第二输入端例如反相输入端的电压(即误差放大信号EAO的电压)。其结果为，控制电路CTR依据比较器CMP输出的脉波宽度调变信号PWM，可快速控制驱动电路DVR缩短上桥开关HD开启的时间。其结果为，切换式充电器供应的输出电流IL降低，使得电池BAT从切换式充电器接收到的充电电流Ichg降低至适当值。
请参阅图3至图5，其中图5为本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
当负载接回切换式充电器或是负载从轻载转重载时，切换式充电器供应给负载的负载电流ILoad增加，导致供应给电池BAT的充电电流Ichg下降，电感L的第二端与输出电容Cout的第一端之间的输出节点的输出电压Vsys下降。此时，换压电路PAK可输出换压信号，以将比较器CMP的第二输入端例如反相输入端的电压(即误差放大信号EAO的电压)快速拉升。
接着，比较器CMP比较误差放大信号EAO的快速拉升至一目标电压值的电压与斜波讯波RAMP的电压，以输出脉波宽度调变信号PWM。控制电路PWM依据此脉波宽度调变信号PWM，可快速控制驱动电路DVR驱动上桥开关HD开启较长时间。如此，切换式充电器供应的输出电流IL可快速增加。其结果为，电池BAT从输出电流IL中取得的充电电流Ichg增加。
请参阅图3和图6，其中图6为传统切换式充电器与本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
当切换式充电器接回负载或是负载从轻载转重载时，负载所需的负载电流ILoad增加，使得传统切换式充电器的输出端的输出电压Vsys0将下降至极低值。在负载接回传统切换式充电器或是负载从轻载转重载后，过了一段时间，传统切换式充电器提供的输出电流IL0才缓慢地逐渐增加。
相比之下，当负载接回本发明实施例的切换式充电器或是负载从轻载转重载时，本发明实施例的切换式充电器的控制电路PWM立即控制驱动电路DVR以驱动上桥开关HD开启较长时间，使得切换式充电器的输出电流IL快速增加，电池BAT从输出电流IL中取得的充电电流Ichg增加，切换式充电器的输出端的输出电压Vsys停止下降并快速上升。
请参阅图3、图7和图8，其中图7和图8为传统切换式充电器与本发明第二实施例的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器的信号的波形图。
当负载从本发明第二实施例的切换式充电器移除或是负载从重载转轻载时，切换式充电器供应给负载的负载电流ILoad减少，供应给电池BAT的充电电流Ichg增加。此时，换压电路PAK可输出换压信号，以将比较器CMP的第二输入端例如反相输入端的电压(即误差放大信号EAO的电压)快速拉降。
接着，比较器CMP比较误差放大信号EAO的快速拉降至一目标电压值的电压与斜波讯波RAMP的电压，以输出脉波宽度调变信号PWM。控制电路PWM依据此脉波宽度调变信号PWM，可快速控制驱动电路DVR以驱动上桥开关HD开启较短时间。如此，切换式充电器供应的输出电流IL可快速减少，切换式充电器的输出电压Vsys可快速降低至适当电压值，电池BAT从切换式充电器取得的充电电流Ichg可快速减少至所需电流。
相比之下，当负载从传统切换式充电器移除或是负载从重载转轻载时，传统切换式充电器经由回授电路FB的误差放大器ERR产生的误差放大信号缓慢地下降，使得传统切换式充电器的输出电流IL0缓慢地下降。其结果为，电池在一段时间内从传统切换式充电器的输出电流IL0中取得的充电电流过高，导致输出电压Vsys0电压过高，造成电池损坏。
综上所述，本发明提供一种快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其在负载瞬间转换状态时，可依据负载的状态，快速动态调整对上桥开关以及下桥开关执行的切换作业，以防止输出电压以及输出电流过冲(overshoot)或下冲(undershoot)，造成切换式充电器以及接收切换式充电器的电力的电路组件损坏。
以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。

Claims (20)

1.一种快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器包含：
上桥开关，所述上桥开关的第一端耦接输入电压；
下桥开关，所述下桥开关的第一端连接所述上桥开关的第二端，所述下桥开关的第二端接地，所述下桥开关的第一端与所述上桥开关的第二端之间的节点连接电感的第一端，所述电感的第二端连接输出电容的第一端，所述输出电容的第二端接地，所述电感的第二端与所述输出电容的第一端之间的输出节点连接负载；
驱动电路，连接所述上桥开关的控制端以及所述下桥开关的控制端，配置以驱动所述上桥开关以及所述下桥开关；
恒定导通时间电路，配置以取得所述输入电压，取得所述输出节点的电压作为所述切换式充电器的输出电压，依据所述输出电压与所述输入电压两者以决定导通时间信号的占空比或脉波宽度，并输出所述导通时间信号；以及
控制电路，连接所述驱动电路以及所述恒定导通时间电路，配置以依据所述导通时间信号，以控制所述驱动电路。
2.根据权利要求1所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含：
误差放大器，所述误差放大器的第一输入端连接所述输出节点，所述误差放大器的第二输入端连接第一参考电压，误差放大信号的输出端连接所述控制电路的输入端。
3.根据权利要求2所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含比较器，所述比较器的第一输入端连接斜波信号产生器，所述比较器的第二输入端连接所述误差放大器的输出端，所述比较器的输出端连接所述控制电路；
其中所述比较器配置以比较所述误差放大器输出的误差放大信号与所述斜波信号产生器产生的斜波信号，以输出脉波宽度调变信号；
其中所述控制电路依据所述脉波宽度调变信号与所述导通时间信号，以控制所述驱动电路。
4.根据权利要求3所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，当所述控制电路判断所述脉波宽度调变信号的工作周期大于所述导通时间信号的工作周期，或判断所述脉波宽度调变信号的脉波宽度大于所述导通时间信号的脉波宽度时，所述控制电路依据所述脉波宽度调变信号以控制所述驱动电路。
5.根据权利要求4所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，当所述控制电路判断所述脉波宽度调变信号的工作周期不大于所述导通时间信号的工作周期，或判断所述脉波宽度调变信号的脉波宽度不大于所述导通时间信号的脉波宽度时，所述控制电路依据所述导通时间信号以控制所述驱动电路。
6.根据权利要求5所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含电流感测电路以及换压电路，所述电流感测电路串联连接电池，所述换压电路连接所述电流感测电路以及所述比较器的第二输入端；
其中所述电流感测电路配置以感测从所述输出节点流向所述电池的充电电流以输出电流感测信号，所述换压电路依据所述电流感测信号以输出换压信号至所述比较器的第二输入端。
7.根据权利要求6所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含电流感测放大器，连接所述电流感测电路以及所述换压电路，配置以将所述电流感测电路感测到的所述充电电流放大以输出电流放大信号至所述换压电路，所述换压电路依据所述电流放大信号以输出所述换压信号至所述比较器的第二输入端。
8.根据权利要求7所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接所述换压电路的第一输入端，所述运算放大器的第二输入端连接所述运算放大器的输出端以及所述比较器的第二输入端，所述换压电路依据所述电流放大信号以输出所述换压信号至所述运算放大器的第一输入端。
9.根据权利要求8所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含电阻，所述电阻的第一端连接所述换压电路，所述电阻的第二端连接所述运算放大器的第一输入端所述运算放大器的第一输入端。
10.根据权利要求2所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一回授电容以及第二回授电容，所述第一回授电容的第一端连接所述误差放大器的第一输入端，所述第一回授电容的第二端连接所述第二回授电容的第一端，所述第二回授电容的第二端连接所述误差放大信号的输出端。
11.根据权利要求10所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一回授开关，所述第一回授开关的第一端连接所述第一回授电容的第一端，所述第一回授开关的第二端连接所述第一回授电容的第二端。
12.根据权利要求11所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一回授电阻、第二回授电阻以及第三回授电容，所述第一回授电阻的第一端连接所述误差放大器的第一输入端，所述第一回授电阻的第二端连接所述第二回授电阻的第一端，所述第二回授电阻的第二端连接所述第三回授电容的第一端，所述第三回授电容的第二端连接所述误差放大信号的输出端。
13.根据权利要求12所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第二回授开关，所述第二回授开关的第一端连接所述第一回授电阻的第一端，所述第二回授开关的第二端连接所述第一回授电阻的第二端。
14.根据权利要求13所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含分压电路，所述分压电路包含第一分压电阻以及第二分压电阻，所述第一分压电阻的第一端连接所述输出节点，所述第一分压电阻的第二端连接所述第二分压电阻的第一端，所述第二分压电阻的第二端接地，所述第一分压电阻的第二端与所述第二分压电阻的第一端之间的一反馈节点连接所述误差放大器的第一输入端。
15.根据权利要求14所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含运算放大器，所述运算放大器的第一输入端连接所述反馈节点，所述运算放大器的第二输入端耦接第二参考电压，所述运算放大器的输出端连接所述误差放大器的第一输入端。
16.根据权利要求15所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含二极管，所述二极管的阳极连接所述运算放大器的输出端，所述二极管的阴极连接所述误差放大器的第一输入端。
17.根据权利要求16所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述二极管的阴极，所述第一电阻的第二端连接所述误差放大器的第一输入端。
18.根据权利要求17所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第二电阻，所述第二电阻的第一端连接所述第一电阻的第二端，所述第二电阻的第二端连接所述误差放大器的第一输入端。
19.根据权利要求18所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第一开关组件，所述第一开关组件的第一端连接所述第一电阻的第一端，所述第一开关组件的第二端连接所述第一电阻的第二端。
20.根据权利要求19所述的快速动态响应负载转换状态的切换式充电器，其特征在于，所述快速动态响应负载转换状态的切换式充电器还包含第三电阻以及第一电容，所述第三电阻的第一端连接所述二极管的阴极，所述第三电阻的第二端连接所述第一电容的第一端，所述第一电容的第二端连接所述误差放大器的第一输入端。
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