TW201136114A

TW201136114A - Power supply converter and method

Info

Publication number: TW201136114A
Application number: TW099140587A
Authority: TW
Inventors: Tod Schiff; Brian P Johnson
Original assignee: Semiconductor Components Ind
Priority date: 2009-12-17
Filing date: 2010-11-24
Publication date: 2011-10-16
Also published as: TWI491152B; US20110148377A1; CN102104323A; CN102104323B; US8278897B2; HK1153580A1

Description

201136114 六、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明一般涉及電源，且更具體地涉及開關模式電源。【先前技術】開關模式電源（SMPS)用於包括膝上電腦、行動電話、個人數位助手、視頻遊戲、視頻攝像機等的各種電子裝置。它們可以將處於一個電平的直流（dc)信號轉換成處於不同電平的直流信號（這是直流-直流轉換器），將交變電流（交流（ac))^^號轉換成直流信號（這是交流-直流轉換器），將直流信號轉換成交流信號（這是直流-交流轉換器），或者將交流信號轉換成交流信號（這是交流-交流轉換器）。一般地，開關模式電源通過開關、電感器、控制和回饋電路的方式將能量從輸入節點傳送到輸出節點。一種類型的開關模式電源是降壓變壓器，其中出現在輸出節點的電壓從出現在輸入節點上的電壓開始逐漸下降。降壓轉換器可包括高邊 (high side)場效應電晶體（FET)和低邊（i〇w side)FET，其中高邊FET的汲極被耦合以用於接收輸入信號，高邊ρΕτ的源極公共地連接到低邊FET的汲極和電感器的端子且低邊FET的源極連接到地。高邊FET和低邊fet的閘極被輕合以用於接收相應的控制信號。電感器的其他端子連接到; 載。、為了最佳化轉換器例如降壓轉換器的效率，希望防止負電流在低邊FET中流動，因為負電流增加來自阳的傳導抽耗’ k導致了功率損耗的增加。因此，降壓轉換器—般 151841.doc 201136114 以不連續操作模式操作以減小傳導損耗。在這種操作模式中低邊FET在電感器電流達到零時關斷。關斷低邊FET 的缺點疋如果其在電感器電流達到零之前關斷，電流繼續 U邊FET的體二極冑，這增加了功率損耗。相反地，如果低邊FET關斷得太晚，負電感器電流使電流流經關斷的高邊FET的體二極體，這導致轉換器電路鳴響（dng)從而產生電磁干擾（EMI)。因此’有用於適應性地調整開關模式電源中的低邊fet 的關斷的方法和電路是有益的。具有成本效益地實現的這種電路和方法將進一步有益。【發明内容】一般地，本發明提供用於以不連續模式操作開關電晶體的電路#方法。依照本發明的實施方式高邊開關電晶體具有被耦合以用於接收輸入信號的汲極、公共地連接到低邊開關電晶體的汲極和連接到比較器的輸入以及連接到電感器以形成開關節點的源極。低邊開關電晶體的源極被耦〇以用於接收操作電勢例如操作電勢的源Vss。比較器的另一個輸入被耦合以用於接收臨界值電壓，電感器的另一 %子輕s到負載。開關電晶體被麵合以用於從開關驅動模、’且接收控制信號。在開關節點的電壓與臨界值電壓比較。如果在開關節點的電壓為負，則有正電流流經電感器且零電流檢測器產生升高臨界值電壓的控制信號以使知低邊開㈣晶體較晚關Μ。如果在f幵UI節點上的電壓為正’有負電流流經電感器，且零電流檢測器產生降低臨界 151841.doc 201136114 值電壓的控制信號以使得低邊開關電晶體較早關閉。換句話說，如果電感器電流為負，低邊開關電晶體關斷得太晚，即，低邊開關打開得太晚，且如果電感器電流為正，低邊開關電晶體關閉得太早，即，低邊開關打開得太早。【實施方式】通過閱讀以下的詳細描述，結合所附的繪圖，本發明將被更好地理解，在附圖中，相同的參考符號指示相同的元件。圖1是適用於與依照本發明的實施方式的電源一起使用的轉換器10的示意圖。轉換器10包括被耦合以用於從驅動器電路16分別接收控制信號Vhs dr^〇 Vls_drv的開關12和開關14。應注意到驅動器電路16還可稱為開關驅動模組。更具體地，開關12和14具有連接到驅動器電路丨6的相應的輸出端的控制端子以用於分別接收高邊驅動信號Vhs ο” 和低邊驅動化號VLS_DRV ^開關12和14具有連接到彼此的傳導端。另外，開關12具有被耦合以用於接收輸入電壓的電流傳導端’且開關14具有被耦合以用於接收操作電勢的源Vss的電流傳導端。以舉例的方式，操作電勢的源處於地電勢。能量儲存元件18例如電感器耦合到開關12和 14的公共連接的電流傳導端’這形成了節點2〇。電流流經能置儲存元件1 8。二極體22可被耦合在節點20和操作電勢的源Vss之間。負載25耦合在轉換器1〇的輸出端23和操作電勢的源Vss之間。輸出電壓V〇UT出現在輸出端23。轉換器10包括具有反相輸入端46、非反相輸入端和輸出 151841.doc 201136114 端的零電流檢測（ZCD)比較器24。ZCD比較器24的非反相輸入端連接到節點20，以用於接收作為ZCD比較器24的參考電壓起作用的開關信號VSWN，ZCD比較器24的反相輸入端46被耦合以用於接收作為可調整的臨界值信號起作用的信號VTH，且所述輸出端連接到驅動器電路16的輸入端。以舉例的方式說’開關信號VSWN和可調整臨界值信號vTH 是電壓信號。轉換器10還包括具有複數個輸入端和至少一個輸出端的零電流檢測（ZCD)控制模組30。控制模組30的輸出端21連接到ZCD比較器24的反相輸入端46以用於將可調整的臨界值電壓VTH發送到比較器24。ZCD控制模組30的輸入端26 和28以及ZCD比較器24的非反相輸入端連接到節點2〇。 ZCD控制模組30的輸入端27被耦合以用於接收參考電壓 Vlsref，且ZCD控制模組30的輸入端29被耦合以用於接收參考電壓Vhshef。圖2是適用於與依照另一個實施方式的電源一起使用的轉換器100的示意圖。在圖2中所示出的是耦合到開關丨2和 14、ZCD比較器24和驅動器電路16的ZCD控制模組30A的貫施方式。應注意到ZCD控制模組被圖2中的參考符號3 〇a 標識來指示其可被設置為與參考圖丨所描述的ZCD控制模組30不同。因此，參考符號3〇被保留以標識ZCD控制模組，但是參考符號“A”被附加到參考符號3〇來指示ZcD控制模組30和30A的設置可能是相同的或者它們可能不同。控制模組30A包括比較器32和34，其中比較器32具有連接 151841.doc 201136114 到節點20的非反相輸入端和連接到參考電壓源vLSREF的反相輸入端’且比較器34具有連接到節點20的反相輸入端和連接到參考電壓源VHSREF的非反相輸入端。因此，比較器 32的非反相輸入端和比較器3 4的反相輸入端分別作為zcD 控制模組30的輸入端26和28起作用，且，比較器32的反相端和比較器34的非反相輸入端分別作為ZCD控制模組30的輸入端27和29起作用。比較器32的輸出端連接到三輸入及閘36的輸入端，且比較器34的輸出端連接到三輸入及閘38 的輪入端。及閘36的第二輸入端連接到及閘38的第二輸入鳊，這兩個第二輸入端公共地連接到一起以用於接收作為控制信號起作用的信號VBls drv，且及閘36的第三輸入端連接到及閘38的第三輸入端，其公共地連接以用於接收作為另一個控制信號起作用的信號VBhs drv。信號Vis』" 指示低邊開關14是關斷還是打開，且信號乂^—贿指示高邊開關14是關斷還是打開。信號VBhs dr^vBu__分別疋L號Vhs_drv和VLs_drv的互補信號。及閘36的輸出端連接到計數器4()的增量輸人端，且及閑 38的輸出端通過計時器4冰合料數㈣的減量輸入端。應注意到計時器42是可潠的分彼 ^ 』選的兀件’並且及閘38的輸出端可直接連接到計數器40的減量輪入p J埤里翻入jr而。計數器4〇的輸出端連接到鎖存器44的輸入端。销左而鎖存益44的輸出端連接到比較器 24的反相輸入端46。計數器於接收重置信號VP0R的功率輸入端’其耦合到三輪入及 40和鎖存器44具有被耦合以用的輪入端。鎖存器44具有計時間48的輸出端，該三輸入及閘 151841.doc 201136114 具有被耦合以用於接收高邊驅動信號Vhs—drv的輸入端、被耦合以用於接收信號VSFT0K的輸入端（其指示軟啟動是否正確地完成），以及被耦合以用於接收指示在啟動期間或操作期間沒有檢測到錯誤狀況的信號VN0—FAUL1_錯誤狀況的例子包括過電流事件、過電壓事件、過高功耗等。及閘36、38和48可稱為邏輯閘。圖3是適合於與依照另一個實施方式的電源一起使用的轉換器150的示意圖。轉換器150除了開關12和14使用n溝道場效應電晶體102和104實現之外與轉換器100相似。場效應電晶體102和104具有被耦合以用於從驅動器電路16接收控制信號的閘電極。場效應電晶體1 〇2具有被耦合以用於接收輸入信號vIN的汲電極和耦合到場效應電晶體1〇4的沒電極的源電極《場效應電晶體丨04的源電極被耦合以用於接收操作電勢的源Vss。應注意到場效應電晶體的閘電極可稱為控制電極’且場效應電晶體的汲電極可稱為電流傳導電極。圖4是與依照另一個實施方式的電源一起使用的轉換器 200的示意圖》轉換器2〇〇包括ZCD比較器24，比較器32和 34、驅動器電路16、場效應電晶體1 〇2和1 〇4、電感器18和二極體22。類似於轉換器1 〇、1 〇〇和150，二極體22是可選的元件。應注意到開關例如開關12和14可分別替換電晶體 102和104使用。圖4中示出的是耦合到電晶體1〇2和1〇4、 ZCD比較器24和驅動器電路16的ZCD控制模組30B的實施方式。應注意到ZCD控制模組被圖4中的參考符號30B標 15184】 .doc 201136114 識來扎不其可被設置為與參考圖丨中所描述的ZCd控制模組3〇不同。因此，參考符號30被保留以標識ZCD控制模組，但*參考符號“B”被附加到參考符號30以指示ZCD控制模組30和30B的設置可能是相同的或者它們可能不同。控制模組30B包括比較器32和34,其中比較器如有連接到三輸入及閘2〇2的輸入端的輸出端，且比較器％具有連接到三輸入及閘2〇4的輸入端的輸出端。延遲元件具有被搞合以用於接收控制信號HSLS—〇FF的輸入端和公共地連^到及開204的第二輸入端和延遲元件雇的輸入端的輸出鈿。控制信號HSLS—OFF指示電晶體1〇2和1〇4是導通還是關閉，即，開關是關閉還是打開。延遲元件208具有連接到三輸入及閘2〇2的第二輸入端的輸出端。及閘2〇2的輸出知連接到觸發器2 1 〇的計時輸入端。另外，觸發器2丨〇具有被耦合以用於接收操作電勢的源例如Vcc的置入端 ’nput terminal)、被麵合以用於接收脈衝寬度調變（pWM)信號vPWM的邊緣觸發資料輸入端，以及連接到計數器214的增量輸入端的資料輸出端。及閘204的輸出端連接到觸發器212的計時輸人端。另外，觸發H 212具有肋合以用於接收操作電勢的源例如Vcc的置入端、被耦合以用於接收 PWM信號VPWMW邊緣觸發資料輸入端，以及連接到計數器214的減量輸入端的資料輸出端。

計數器214具有被耦合以用於接收η位元輸入信號DATA 的一組η資料輸入端（其中n是整數），和用於發送n位元輸出信號到數位到類比轉換器（DAC)216的一組11輸出端。DAC 151841.doc 201136114 216還包括狀態輸入端，其耦合到計數器214的狀態輸入端並被耦合以用於接收指示在系統啟動期間是否有錯誤的或軟啟動錯誤的控制信號PGOOD。DAC 216還包括耦合到兩輸入及閘218的輸出端的計時輸入端，其中及閘21 8的一個輸入端被耦合以用於接收輸入信號PGOOD，且另一個輸入端被耦合以用於接收指示電晶體102是導通還是關閉的控制信號HS_OFF。轉換器200還包括設置為加法器的運算放大器220。更具體地’運算放大器220具有反相輸入端，非反相輸入端和輸出端’其中反相輸入端通過電阻器222耦合到輸出端。運算放大器220的輸出端還連接到ZCD比較器24的反相輸入端46。運算放大器220的反相輸入端被耦合以用於通過電阻器224接收臨界值偏置電壓vth 〇ffset，並通過電阻器 226耦合到DAC216的輸出端。圖5是依照本發明的實施方式的示出了處於操作過程中的轉換器10、100、150和200(分別在圖1、2、3和4中示出）的不同節點的電信號的時序圖25〇 ^更具體地，時序圖25〇示出了在開關電壓vSWN為負且電感器電流Ili8為正的情況下，開關電晶體102的控制端的電壓Vhs_drv、開關電晶體 104的控制端的電壓Vls—drv、流經電感器18的電流Ili8和開關節點20的電壓VsWN。在這種情況下，開關電晶體i 〇4在電感器電流IL1S達到零之前關閉。因此，希望升高出現在 ZCD比較器24的輸入端46的臨界值電壓vth以使得開關電晶體104較晚關閉’即，延遲開關電晶體1〇4的關閉。因 151841.doc •11 - 201136114 此，轉換器10、100、150和200操作以增加出現在ZCD比較器24的輸入端46的臨界值電壓vTH。驅動器電路16提供了導通和關閉開關電晶體1〇2和ι〇4 即關閉和打開開關電晶體的開關信號❶應注意到在使用開關例如開關12而非開關電晶體102和1〇4的實施方式中，驅動器電路16分別提供關閉和打開開關12和14的開關信號。較佳地，驅動器電路16產生驅動信號Vhs—drv*Vls drvw 使得它們不在相同的時間為邏輯高電平，從而確保電晶體 1 02和1 〇4不在相同的時間導通，即，開關不在相同的時間關閉。這排除了輸入電壓VIN被短路到一般處於地電勢的操作電勢的源vss上。可選地，驅動器電路丨6可被設置為產生作為驅動信號vhs_drv和VLS DRV的互補信號的驅動信號。在時間t〇，驅動器電路16產生控制信號vHS DRV和 Vls_drv，其通過關閉或導通開關電晶體1〇2和1〇4來改變這兩個開關電晶體的操作狀態^在這個例子中，驅動器電路產生了在時間t〇關閉開關電晶體102和1 04的控制信號，即’控制信號VHS_DRV和VLS_DRV是邏輯低電平。電感器電流為零且開關電壓VswN處於標稱電平vswn n〇m。標稱電平Vswn_nom使用開關電晶體102和104、輸入電壓VIN以 &電I Vss中的分壓器關係獲得。在時間t!，高邊驅動信號VHS DRV從邏輯低電平轉換到邏輯兩電平’而低邊驅動信號VLS_DRV保持在邏輯低電平。響應于尚邊驅動信號VHS_DRV轉換到邏輯高電平和低邊驅動 151841.doc 12 201136114 信號vLS DRV保持處於邏輯低電平，在開關節點2〇的電壓 VSWN轉變到電平vSWN_HL，其大於參考電壓Vlsref和Vhsref 並接近輸入電壓vIN的值。正電感器電流118從節點20流經電感器18和負載25。在時間^，驅動器電路16產生將FET1〇2關閉的控制信號和使FET104保持關閉的控制信號。特定地，開關電晶體 102的閘電壓VHS DRV轉變到邏輯低電平且開關電晶體1〇4 的閘電壓Vls_drv保持處於邏輯低電平。回應于高邊驅動信唬vHS DRV在時間的變化，輸出電壓ν〇υτ降低，這導致節點20的開關節點電壓Vswn降低到電平Vswn ll且電感器電流iL丨8開始下降。開關節點電壓vSWN小於參考電壓vhsref 和Vlsref，其使被輸入到計數器214的減量信號VDEc和增量信號Vinc以及出現在比較器24的輸入端46的臨界值電壓 V τ Η不改變。在時間h ’低邊驅動信號vLS DRV轉變到邏輯高電平，導通開關電晶體104即關閉開關，這產生了開關電晶體1〇4中的没極-源極導通電壓’且導致節點2〇的開關節點電壓 SWN '曰加到电平VsWN_LH。電感器電流繼續降低。在時間’两邊驅動信號Vhs_DRV保持處於邏輯低電平且低邊驅動信號Vls_drv從邏輯高電平轉變到邏輯低電平。處於邏輯低電平的低邊驅動信號vLS_DRV關閉開關電晶體 104 ’這導致節點20的開關節點電壓VSWN下降到電平 VsWN_LH之下。這導致電感器電流Ilis以較快的速度下降，如圖5中時間％和t5之間的電感器電流曲線的部分的斜率的 151841.doc 201136114 變化。在時間’電感器電流118達到零值，即，電流iL18停止流動。電壓VSWN在其標稱電壓周圍擺動，然後穩定在其標稱電壓 Vs>VN_；NOM。在時間ts之後’節點20的信號VSWN和脈衝寬度調變信號 Vpwm使得觸發器2 1 〇和212產生使計數器214減量和調整臨界值電壓VTH的減量信號，以使得開關電晶體1〇4較早關閉’且較佳地當開關電流Il18達到零時關閉。在這個例子中’雖然出現在ZCD比較器24的輸入端46的臨界值電壓 VTH增加’其未增加得足以使得當低邊開關電晶體1〇4關閉時電感器電流ILi s為零或實質上為零。因此，在時間t6，高邊驅動信號VHS_DRV從邏輯低電平轉變到邏輯高電平，而低邊驅動信號VLs_drv保持處於邏輯低電平。響應于高邊驅動信號vHS_DRV轉變到邏輯高電平且低邊驅動信號vLS drv 保持處於邏輯低電平，開關節點20的開關節點電壓Vswn轉變到電平vSWN_HL，其大於參考電壓Vlsref和Vhsref且接近於輸入電壓v1N的值《正電感器電流匕18從節點2〇流經電感器18和負載25。在時間h，驅動器電路1 6產生關閉FET1 〇2的控制信號和使FET104保持關閉的控制信號。特定地，開關電晶體1〇2 的閘電壓vHS DRV轉變到邏輯低電平且開關電晶體1〇4的閘電壓VLS_DRV保持處於邏輯低電平。回應于高邊驅動信號 vHS_DRV在時間t?的改變，輸出電壓ν〇υτ下降，這導致了節點20的開關節點電壓VswN下降到電平且電感器電 151841.doc -14- 201136114 流iLls開始下降。開關節點電壓Vswn小於參考電壓Vhsref 和VLSREF ’其使被輸入到計數器214的減量信號Vdec和增量 k號vINC以及出現在比較器24的輸入端46的臨界值電壓 V τ Η不改變。在夺間I：8，低邊驅動彳s號vLS_DRV轉變到邏輯高電平，導通開關電晶體104即關閉開關，這產生了開關電晶體1〇4中的汲極-源極導通電壓，且導致節點2〇的開關節點電壓

Vswn增加到電平VSWN_LH。電感器電流Iu8繼續下降。在時間h，高邊驅動信號▽^，以保持處於邏輯低電平且低邊驅動信號VLS_DRV從邏輯高電平轉變到邏輯低電平。處於邏輯低電平的低邊驅動信號Vls_drv關閉開關電晶體 104，這導致節點2〇的開關節點電壓％·下降到電平 vSWN_LH之下。這使得電感器電流Ims以較快的速度下降，如圖5中時間％和ts之間的電感器電流曲線的部分的斜率的變化。在時間tio ’電感器電流IL1S達到零值，即電流停止流動。電壓VSWN在其標稱電壓周圍擺動，然後穩定在其標稱電壓 VsWN_MOM。 ” 這個過程繼續，即，使用信號VswN*VpwM產生計數器減量信號’直到出ί見在比較器24的輸入端46的臨界值電壓 Vτ Η充分增加以使得當電感器電流IL丨8達到零或實質上為零時低邊開關電晶體104關閉。圖6疋依照本發明的實施方式的示出了處於操作過程中的轉換器10、100、150和200(分別在圖i、2、3和丁不出） 151841.doc • 15· 201136114 的不同節點的電信號的時序圖300 ^更具體地，時序圖300 示出了在開關電壓VSWN為正、電感器電流Ili8為負以及開關電晶體104在電感器電流iL18達到零之後關閉的情況下，開關電晶體102的控制端的電壓vHS_ • DRV ' 開關電晶體104 的控制端的電壓VLS DRV、流經電感器18的電流IL18和開關節點20的電壓vSWN。因此，轉換器1〇、1〇〇、150和200操作以降低出現在ZCD比較器24的輸入端46的臨界值電壓 VTH以使得開關電晶體1 〇4較早關閉。如以上所討論，驅動器電路16提供了導通或關閉開關電晶體102和1 04即關閉和打開開關電晶體的開關信號。較佳地，驅動器電路16產生驅動信號vHSDRV^a Vls_drv以使得它們不在相同的時間處於邏輯高電平從而確保電晶體1 〇2 和104不在相同的時間導通，即，開關不在相同的時間關閉。這排除了輸入電壓V1N被短路到一般處於地電勢的操作電勢的源Vss上。雖然未示出，驅動器電路16還可產生作為驅動信號vHSDRV* VLSDRV的互補信號的驅動信號。在時間to，驅動器電路16產生通過關閉或導通開關電晶體102和104來改變這兩個開關電晶體的操作狀態的控制信號vhs_drv*Vls_drv。在這個實施方式中，驅動器電路16 產生了在時間t〇關閉開關電晶體1〇2和1〇4的控制信號，即’處於邏輯低電平的控制信號Vhs_drv和Vlsdrv。電感器電流Ilu為零且開關電壓VSWN處於標稱電平VswN 。標稱電平VSWN_N0M使用開關電晶體1〇2和1〇4、輸入電壓 ViN以及電壓Vss中的分壓器關係獲得。 I5184I.doc -16- 201136114 在夺門ti尚邊驅動彳§號Vhs_drv從邏輯低電平轉變到邏輯高電平而低邊驅動信號vLS DRV保持處於邏輯低電平。響應于问邊驅動信號VHS—〇1^轉變到邏輯高電平和低邊驅動仏號Vls_drv保持處於邏輯低電平，開關節點的電壓 Vswn轉變到電平Vswn_hl，其大於參考電壓Vlsref和Vhsref 並接近於輸人電壓Vin的值。正的電感器電流％從節點2〇流經電感器1 8和負載2 5。在時間t2，驅動器電路丨6產生使F E τ丨〇 2關閉的控制信號和使FET1 04保持關閉的控制信號。具體地，^關電晶體 1〇2的閘電壓Vhs drv轉變到邏輯低電平且開關電晶體ι〇4 的閘電壓Vls_drv保持處於邏輯低電平。回應于高邊驅動信號vHS_DRV在時間^的改變，輸出電壓v〇^下降，這導致節點20的開關節點電壓下降到f平，且電感器電流Iu8開始下降。開關節點電壓Vswn小於參考電壓 vHSREF* vLSREF，其使被輸入到計數器2丨4的減量信號Vdec 和增量信號vINC以及出現在比較器24的輸入端46的臨界值電壓VTH不改變。在時間h，低邊驅動彳§號vLS—DRV轉變到邏輯高電平，導通開關電晶體1〇4即關閉開關，這產生了開關電晶體1〇4中的汲極-源極導通電壓且導致節點2〇上的開關節點電壓 Vswn增加到電平VSWN LI^電感器電流Ili8繼續下降。在時間q，咼邊驅動偽號vhs_drv保持處於邏輯低電平，低邊驅動彳5號VLS_DRV保持處於邏輯高電平，且電感器電流 Ilu轉變到成為負電流。 151841.doc -17- 201136114 在時間，高邊驅動信號Vhs_drv保持處於邏輯低電平，且低邊驅動信號vLS DRV從邏輯高電平轉變到邏輯低電平。處於邏輯低電平的低邊驅動信號Vlsdrv使電晶體1〇4關閉，這使得節點20的開關節點電壓Vswn增加到電平 VSWN_HL。這導致電感器電流ILU變為較小負值。在時間te ’電感器電流iLls變為零，使得開關節點電壓

Vswn在其標稱電壓周圍擺動，然後穩定在其標稱電壓 V SWN_N〇M 0 在時間t6之後，節點20的信號VSWN和脈衝寬度調變信號 VPWM使得觸發器210和212產生使計數器214增量和調整臨界值電壓vTH的增量信號，以使得開關電晶體1〇4較晚關閉，且較佳地當開關電流Ius達到零時關閉。在這個例子中’雖然出現在ZCD比較器24的輸入端46的臨界值電壓 vTH下降，但其下降得並不足以使得當低邊開關電晶體i 〇4 關閉時電感器電流IL1S為零或實質上為零。因此，在時間 h，尚邊驅動信號Vhsdrv從邏輯低電平轉變到邏輯高電手而低邊板動彳5〗虎Vls_dr v保持處於邏輯低電平。響應于南邊驅動信號VHS DRV轉變到邏輯高電平且低邊驅動信號 VLS_DRV保持處於邏輯低電平’開關節點20的開關節點電壓 Vswn轉變到電平VSWN_HL，其大於參考電壓Vlsref和Vhsref 且接近於輸入電壓vIN的值。正電感器電流118從節點20流經電感器18和負載25。在時間ts，驅動器電路16產生使FET102關閉的控制信號和使FET104保持關閉的控制信號。具體地，開關電晶體 151841.doc • 18- 201136114 的閘電c vHS_DRV轉變到邏輯低電平且開關電晶體的間電壓vLS_DRV保持處於邏輯低電平。回應于高邊驅動信號VHS_DRV在時間t2的改變，輸出電壓v_下降，這導致節點20的開關節點電壓Vswn下降到電平v_ “，且電感器電流lLI8開始下降。開關節點電壓％·小於參考電壓 VH贿和VLSREF，純被輸入到計數器2! 4的減量信號Vdec 和增量信號XWx及出現在比較器24的輸人端侧臨界值電壓Vth不改變。在時間t9，低邊驅動信號Vls drv轉變到邏輯高電平，導通開關電晶體104即關閉開關’這產生了開關電晶體1〇4中的沒極-源極導通電壓且導致節點2G上的開關節點電麼 VSWN增加到電平vSWN_LH。電感器電流繼續下降。在時間b，高邊驅動信號vHS_DRV保持處於邏輯低電平，低邊驅動信號vLS_DRV保持處於邏輯高電平，且電感器電流II 18轉變到成為負電流。在時間tll ’高邊驅動信號Vhs—drv保持處於邏輯低電平，且低邊驅動信號vLS_DRV從邏輯高電平轉變到邏輯低電平。處於邏輯低電平的低邊驅動信號VL”心使電晶體104 關閉，這使得節點20的開關節點電壓Vs增加到電平 VSWN_HL。這導致電感器電流Ius變為較小負值，即，增加。在時間tu ’電感器電流ILU變為零使得開關節點電壓 VSWN在其標稱電壓周圍擺動，然後穩定在其標稱電壓

VsWN NOM 0 151841.doc -19- 201136114 過程繼續，即，使用信號VsWN和VPWM產生計數器增量信號，直到出現在比較器24的輸入端46的臨界值電壓vTH 足夠低以致於當電感器電流Ili8達到零或實質上為零時低邊開關電晶體104關閉。應注意到所述操作使用信號\^_和VPWM改變即增加或下降、臨界值電壓VTH來描述。但是，類似的思想適用於例如圖1-3中示出的那些實施方式，其中信號vhs drv、

vbhs drv、vLS DRV、VBls drv、vP0R VN〇_FAULT用於替代脈衝寬度調變信號VpwM以改變臨界值電塵Vth。到現在為止應認識到電源轉換器電路和用於調整其操作的方法被提供。轉換器電路監控節點20的電壓信號％職或

、負還是或向下調整》非零，出現在電壓VTH被向上 °如果電壓A 4 T ..

m 〇用。意圖是本發明包括落進所。例如，開關網路可與、降壓升壓轉換器等一附的申凊專利範圍的範 151841.doc •20- 201136114 圍内的所有這樣的修改和變型。【圖式簡單說明】圖1疋依照本發明的實施方式的轉換器的電路示意圖；圖2是依照本發明的另一個實施方式的轉換器的電路示意圖；圖3疋依照本發明的另一個實施方式的轉換器的電路示意圖； ' 圖4疋依照本發明的另一個實施方式的轉換器的電路示意圖；圖5疋依知、本發明的實施方式的具有示出了在不同^ I杰占產生的信號的曲線的圖；以及圖6是依照本發明的實施方式的具有示出了在不同 |黑占產生的信號的曲線的圖。【主要元件符號說明】 10 轉換器 12 開關 14 開關 16 驅動器電路 18 能量儲存元件 20 節點 21 輸出端 22 二極體 23 輸出端 24 ZCD比較器 151841.doc -21 - 201136114 25 負載 26 輸入端 27 輸入端 28 輸入端 29 輸入端 30 ZCD控制模組 30A ZCD控制模組 30B ZCD控制模組 32 比較器 34 比較器 36 及閘 38 及閘 40 計數器 42 計時器 44 鎖存器 46 反相輸入端 48 及閘 100 轉換器 102 場效應電晶體 104 場效應電晶體 150 轉換器 200 轉換器 202 及閘 204 及閘 151841.doc -22- 201136114 206 延遲元件 208 延遲元件 210 觸發器 212 觸發器 214 計數器 216 類比轉換器（DAC) 218 及閘 220 運算放大器 222 電阻器 224 電阻器 226 電阻器 151841.doc -23-

Claims

201136114 七、申請專利範圍： 1. 一種電源轉換器，包括一第一開關（12)，其具有一控制端、第一電流傳導端和第二電流傳導端；一第一開關（14)，其具有一控制端、第一電流傳導端和第二電流傳導端，其中該第—開關的該第二端耦合到該第二開關的該第一端以形成一第一節點（2〇); 一第一比較器（24)，其具有第一輸入端 '第二輪入端和一輸出端’該第一輸入端被耦合以用於接收一第一參考信號，且該第二輸入端被耦合以用於接收一可調整的臨界值電壓，其中該第一比較器（24)監控從該第一節點 (20)、該第一開關（12)和該第二開關（14)流走的一電流；以及一控制模組（30) ’其具有一輸入端和一輸出端，該輪出端耦合到該第一比較器（46)的該第一輸入端以發送該第一參考信號。 2.如請求項1的電源轉換器，其中該控制模組（30)進一步包括：一弟一比較盗（32)’其具有第一輸入端、第二輸入端和一輸出端，該第一輸入端耦合到該第一節點（2〇)，且 5亥第·_輸入i1而被麵合以用於接收一第二參考信號；以及一第三比較器（34) ’其具有第一輸入端、第二輸入端和一輸出端，該第一輸入端被耦合以用於接收一第三參考信號’且該第二輸入端耦合到該第一節點（2〇)。 151841.doc 201136114 3. 如請求項2的電源轉換器，其中該控制模組（30)進一步包括：一第一邏輯閘（36、202)，其具有複數個輸入端和一輪出端’該複數個輸入端的一第一輸入端麵合到該第二比較器（32)的該輸出端；以及一第二邏輯閘（38、204)，其具有複數個輸入端和一輸出端，該第二邏輯閘的一第一輸入端耦合到該第三比較器（34)的該輸出端。 4. 如請求項3的電源轉換器，其中該第一邏輯閘（36)包括第二輸入端和第三輸入端，且該第二邏輯閘（38)包括第二輸入端和第三輸入端，該第一邏輯閘和該第二邏輯閘的該等第二輸入端被耦合以用於接收一第一控制信號，且該第一邏輯閘和該第二邏輯閘的第三輸入端被耦合以用於接收一第二控制信號’且其中該控制模組進一步包括：一計數器（40)，其具有第一輸入端、第二輸入端、輸出端，以及-控制端，該計數器（4〇)的該第一輸入耦合到該第二比較器（32)的該輸出端，且該計數器的第二輸入端耦合到該第三比較器⑼的該輸出端；山一鎖存ϋ (44)，其具有―資料輸人端、—時鐘輪端、一重置端，以及一輪出她，兮蚀—。 Α輸出知，该鎖存器的該輸出端; 口 ^亥第-比較器（24)的該第二輸入端；端，：二邏輯間(48)，其具有複數個輸入端和-輪ϋ 輸出端輕合到該鎖存器⑼的該時鐘輸入端。 151841.doc 201136114 5·如請求項3的電源轉換器，其中該㈣模組p步包括：第觸發器（210)，其具有耗合到該第一邏輯問 (2〇2)的該輸出端的一計時輸入端；第觸發器（212)，其具有輕合到該第二邏輯問 (2〇4)的該輸出端的一計時輸入端，其中該第一邏輯閘 (202)包括第一輸入端和第三輸入端，且該第二邏輯閘 (204)包括第二輸人端和第三輸人端該第—邏輯問 (202)和該第二邏輯閘(2〇4)的該等第二輸入端被耦合以用於接收一第一控制信號，且該第一邏輯閘⑽該第三輸入端耦合到該第二觸發器（212)的該輸出端，且該第一邏輯閘（204)的該第三輸入端耦合到該第一觸發器 (2 10)的該輸出端；计數咨（2 14)，其具有一增量輸入端、一減量輸入端和一輸出；以及一數位到類比轉換器（216)，其具有耦合到該計數器 (214)的該輸出的一輸入，和耦合到該第一比較器的5亥第一輸入端的一輸出端。 6· 一種用於調整一半導體部件的操作的方法，其包括：改變具有耦合到一第一節點（20)的一電流傳導端的〜第一半導體裝置（102、1〇4)的一操作狀態；監控該第一節點（20)處的一第一信號；以及如果該第一信號為一非零信號，則調整一第二節點 (46)處的一第二信號。 151841.doc 201136114 7. 如明求項6的方法’其中如果該第一信號為一非零信號則調整S亥第二節點（46)處的該第二信號包括如果該第一號小於零則增加該第二信號；且其中如果該第—信號為一非零信號則調整該第二節點（46) 處的該第二信號包括如果該第一信號為一非零信號則降低該第二信號。 8. 如請求項6的方法，其中如果該第一信號是非零則調整 °玄第—節點（46)處的該第二信號包括以下二者之一：如果該第—信號是一正的電感器電流則增加該第二信號，或如果該第一信號是一負的電感器電流則降低該第二信號。 9. 如請求項6的方法，其中監控該第一節點（2〇)處的該第一仏號包括_§£控§亥第一卽點（2〇)處的一開關電壓，且其中如果該第一信號是一非零信號則調整該第二節點（46)處的該第二信號包括調整該第二節點（46)處的一臨界值電壓。 10. —種用於調整一臨界值電壓的方法，其包括：提供具有一控制端、第一電流傳導端和第二電流傳導端的一開關電晶體（102、104)，該第一電流傳導端耦合到一能量儲存元件（18); 在該控制端提供使該開關電晶體（1 〇2、1 〇4)關閉的一第一電壓；確定在該第一電流傳導端的一第二電壓是否為一非零電壓，包括： 151841.doc _4· 201136114 通過確定該第一電流傳導端處的該第二電壓是負的還是正的來確定流經該能量儲存元件（1 8)的一電流是正電流或負電流申的一者；以及確定該開關電晶體（102、104)是在流經該能量儲存元件（18)的一電流為零之前還是之後關閉；以及進行以下兩個操作中零則增加第一節點（46)處電壓大於零則降低該第〜的一個：如果該第二電壓小於的臨界值電壓或者如果該第一節點（46)處的該臨界值電壓。 151841.doc