TW201424216A - 電壓轉換電路以及電壓轉換控制器 - Google Patents

Abstract

一種電壓轉換電路，包含一應用電路及一電壓轉換控制器。應用電路包含一輸出端、一回授端及耦接於回授端之一回授電容。輸出端具有一輸出電壓，並耦接一電流負載。電壓轉換控制器具有一回授端針腳，耦接於該回授端。電壓轉換控制器具有一第一模式以及一第二模式。於該第一模式時，該輸出端係提供受調節之輸出電壓並供應電流予電流負載，且回授端針腳接收一回授訊號。於該第二模式時，該輸出電壓不受調節，且該回授端針腳係提供固定週期性之一計數時脈訊號，計數時脈訊號之週期大小係由回授電容之電容值所決定。

Description

電壓轉換電路以及電壓轉換控制器

本發明係關於一種電壓轉換電路，特別是一種包含多功能之單一針腳之電壓轉換控制器之電壓轉換電路。

請參考美國專利號US7,848,124。該電壓轉換控制器係應用於一馳返式開關電源轉換電路(fly-back switching power converter)之中。馳返式開關電源轉換器為電壓轉換電路組態之一種，其目的在提供一穩定之輸出電壓。當該馳返式開關電源轉換電路處於穩態操作時，該電壓轉換控制器藉由負回授控制，針對其輸出電壓進行調節(regulation)，以提供一穩定且額定之輸出電壓值以及輸出電流予一電流負載。此時其負回授控制路徑上之回授點IN3上具有一訊號，係為一與其輸出電流大小線性相關之訊號，該電壓轉換控制器即根據回授點IN3上之訊號進行負回授控制。而當該馳返式開關電源轉換電路處於非穩態操作時，例如當負載電流過大而進行負載電流過大保護操作，或是電路初始啟動之軟啟動操作時，此時額定之輸出電壓值並未建立，而由於該迴授點IN3上之訊號與輸出端之訊號相關，此時迴授點IN3上之訊號在經歷短暫的暫態反應之後，最終為一連續之直流電壓訊號，而且對於電路操作並未提供具有實質效益之功能。

在目前的主流應用上，電壓轉換控制器通常以積體電路實現，並配合外部之應用電路組成電壓轉換電路，以達到成本、電路體積、以及使用彈性上的最佳化。該積體電路包含與外部電子 元件電性相連之針腳(pins)，而為求成本與體積之最佳化，在不影響使用彈性的前提下，積體電路之針腳數目可以愈少愈好。因此在設計上，若能讓針腳在所有的電路使用狀態之下，提供有實質效益的功能，即是對針腳的最佳化利用。以上述舉例之先前技術而言，其代表回授點之針腳在電壓轉換控制器處於非穩態操作時，並未提供對於電路操作上具有實質效益之功能，此乃目前一般電壓轉換控制器積體電路之普遍現象。

鑒於以上的問題，本發明的目的在於提供一種電壓轉換電路，包含一電壓轉換控制器，係一積體電路，且該電壓轉換控制器能提供具有多功能之單一針腳。

本發明提出一種電壓轉換電路，包含一應用電路及一電壓轉換控制器。應用電路包含一輸出端、一回授端及耦接於回授端之一回授電容。輸出端具有一輸出電壓，並耦接一電流負載。電壓轉換控制器具有一回授端針腳，耦接於該回授端。電壓轉換控制器具有一第一模式以及一第二模式。於該第一模式時，該輸出端係提供受調節之輸出電壓並供應電流予電流負載，且回授端針腳接收一回授訊號。於該第二模式時，該輸出電壓不受調節，且該回授端針腳係提供固定週期性之一計數時脈訊號，計數時脈訊號之週期大小係由回授電容之電容值所決定。

本發明所揭露之技術特徵能夠節省積體電路針腳之使用量，因而能進一步節省成本；且同一設計之電壓轉換控制器能使用於各種不同之應用上，也因而減少積體電路元件因應各種不同應用 所衍生之版本數量，而簡化製造商生產、庫存、管理之問題。

在說明書及後續的申請專利範圍當中，「耦接」一詞在此係包含任何直接及間接的電氣連接手段。因此，若文中描述一第一裝置耦接於一第二裝置，則代表該第一裝置可直接電氣連接於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接地電氣連接至該第二裝置。

第1圖為一電壓轉換電路100之電路示意圖。電壓轉換電路100係為一馳返式開關電源轉換電路之組態。電壓轉換電路100包含本發明之電壓轉換控制器200以及一應用電路。應用電路包含一輸出端及一回授端COMP。輸出端具有一輸出電壓，並耦接一電流負載。電壓轉換控制器200更包含一電源供應單元110、一輸出單元130、一回授電路單元150以及一功率開關單元170。

如第1圖所示，電源供應單元110包括一橋式全波整流器111、一輸入穩壓電容112、以及一一次側線圈113。

橋式全波整流器111係將一輸入之交流電源VAC進行全波整流並提供一全波整流結果於其輸出。

輸入穩壓電容112耦接於橋式全波整流器111之輸出，並對全波整流結果進行穩壓，以產生一輸入電壓VIN於輸入穩壓電容112上。

一次側線圈113具有第一端點與第二端點，且第一端點耦接於輸入穩壓電容112。電源供應單元110主要功用在於提供輸入電壓VIN予一次側線圈113。

如第1圖所示，輸出單元130包含一二次側線圈131、一輸出端二極體132、一輸出穩壓電容133、一第一回授電阻134、一第二回授電阻135、一限流電阻136、一發光二極體137、以及一三端並聯穩壓器138。

二次側線圈131具有第一端點與第二端點，且與一次側線圈113具互感關係而形成一變壓器元件。

輸出端二極體132之正極端耦接於二次側線圈131之第一端點。輸出端二極體132之負極端耦接於輸出穩壓電容133之一端，並形成一輸出端之正端VOP。

輸出穩壓電容133之另一端耦接於二次側線圈131之第二端點，並形成一輸出端之負端VON。其中輸出端之正端VOP與輸出端之負端VON之間提供一輸出電壓。

第一回授電阻134耦接於輸出端之正端VOP與第二回授電阻135之一端之間。第二回授電阻135之另一端耦接於輸出端之負端VON。第一回授電阻134與第二回授電阻135之連接點提供一輸出電壓分壓VFB，並耦接於三端並聯穩壓器138之輸入端。

限流電阻136之一端耦接於輸出端之正端VOP，另一端耦接於發光二極體137之正端。

發光二極體137之負端耦接於三端並聯穩壓器138之輸出正端。三端並聯穩壓器138之輸出負端耦接於輸出端之負端VON。

如第1圖所示，三端並聯穩壓器138包含一參考電壓值，當輸入端之電壓大於該參考電壓值，三端並聯穩壓器138之輸出正端與輸出負端之間為一導通之狀態。反之，當其輸入端之電壓小 於該參考電壓值，三端並聯穩壓器138之輸出正端與輸出負端之間為一不導通之狀態。因此，當輸出電壓分壓VFB大於該參考電壓值時，三端並聯穩壓器138之輸出導通，並在發光二極體137上形成電流，且電流大小受到限流電阻136之限制，此時發光二極體137形成一發光之光源；而當輸出電壓分壓VFB小於該參考電壓值時，三端並聯穩壓器138之輸出不導通，發光二極體137上不具電流，亦即發光二極體137不發光。

如第1圖所示，功率開關單元170包含一功率開關171以及一感流電阻172。功率開關171之輸出與感流電阻172串聯相接，並耦接於一次側線圈113之第二端點與接地端之間。當功率開關171打開時，輸入穩壓電容112、一次側線圈113、功率開關171以及感流電阻172即形成一電流迴路。由於一次側線圈113係一電感性之元件，因此該電流迴路的形成將儲存能量於一次側線圈113上。另外，感流電阻172將該電流迴路上之電流訊號轉為一電壓訊號VCS。當功率開關171關閉時，一次側線圈113上之儲存能量透過與二次側線圈131所形成之變壓器元件，釋放至二次側線圈131形成一其上之電流，並於電壓轉換電路100處於穩態操作時，在輸出端之正端與負端之間建立一額定之輸出電壓VOUT，並提供電流予串接於輸出端之正端與負端之間的一電流負載(圖中未示)。

如第1圖所示，回授電路單元150包含一光感測元件151以及一回授電容152。光感測元件151與發光二極體137形成一光耦合器之組態，當發光二極體137形成一發光之光源，光感測元 件151即偵測到該光源而形成一電流於其上，且該電流大小與該光源之強度成正比關係。由此可知，利用該變壓器以及該光耦合器，可以將輸入交流電源的一側與輸出端之一側完全作電性上的隔離。

如第1圖所示，光感測元件151與回授電容152並聯相接且耦接於應用電路之回授端COMP與接地端之間。該電壓轉換控制器200係一積體電路單元，且具有複數個針腳。針腳包含功率開關控制腳210、感流電壓腳220、接地腳230以及回授端針腳240。功率開關控制腳210耦接於功率開關171之控制端，藉以控制功率開關171之開啟與關閉。感流電壓腳220係接受感流電阻172所產生之電壓訊號VCS。接地腳230則耦接於接地端。回授端針腳240則耦接於回授端COMP。

第2圖為電壓轉換控制器200之組成功能方塊示意圖。電壓轉換控制器200更包含一第一電流元件241、一第一電流開關242、一第二電流開關243、一第二電流元件244、一內部電壓源245、一計數器251、一軟啟動控制電路252、一過載保護控制電路253、一關閉邏輯電路254、一振盪控制器255、一功率開關驅動級211、一脈寬調變閂鎖器212、一內部振盪器213、一脈寬調變比較器214、一限電流控制級215、以及一增益級221。

第一電流元件241耦接於內部電壓源245與第一電流開關242之一端。

第一電流開關242之另一端耦接於回授端針腳240。

第一電流元件241與第一電流開關242的串接形成了一開關 電流元件，其中第一電流元件241可為電阻元件或為電流源元件。

第二電流元件244耦接於接地腳230與第二電流開關243之一端。第二電流開關243之另一端耦接於回授端針腳240。

第二電流元件244與第二電流開關243的串接形成了另一開關電流元件，其中第二電流元件244可為電阻元件或為電流源元件。

振盪控制器255之輸入耦接於回授端針腳240，並在電壓轉換電路100之非穩態操作時，產生一週期時脈訊號於其輸出端，藉以控制第一電流開關242以及第二電流開關243之開啟以及關閉。

振盪控制器255之輸出端並耦接至計數器251。計數器251在電壓轉換電路100之非穩態操作時，輸出一結果予軟啟動控制電路252、並輸出另一結果予過載保護控制電路253。

過載保護控制電路253則依據設定，控制關閉邏輯電路254，以決定是否暫時關閉電壓轉換控制器200。

脈寬調變比較器214具有一正端輸入、一第一負端輸入、一第二負端輸入以及一輸出。其第一負端輸入耦接至回授端針腳240。其輸出耦接至計數器251。

增益級221之輸入耦接至感流電壓腳220，增益級221之輸出耦接至脈寬調變比較器214之正端輸入。增益級221乃將其輸入訊號經適當之線性放大後再輸出。限電流控制級215提供一等效限電流之電壓值於其輸出，並耦接至脈寬調變比較器214之第二負端輸入。

脈寬調變閂鎖器212具有一設定輸入端、一重置輸入端以及 一輸出端。重置輸入端耦接至脈寬調變比較器214之輸出。內部振盪器213提供一脈寬調變操作時脈，並耦接至脈寬調變閂鎖器212之設定輸入端。

功率開關驅動級211具有一輸入端以及一輸出端，其輸入端耦接至脈寬調變閂鎖器212之輸出端，功率開關驅動級211之輸出端耦接於功率開關控制腳210，並根據其輸入端之輸入訊號來驅動功率開關171控制端之電容性負載。

電壓轉換控制器200配合應用電路，以建立如第1圖所示之電壓轉換電路100。電壓轉換控制器200至少具有第一模式以及第二模式，例如穩態操作以及非穩態操作。且在第一模式下，回授端針腳240接收一回授訊號，而在第二模式下，回授端針腳240提供一計數時脈訊號。該回授訊號以及該計數時脈訊號不論在形成的方式以及操作上的作用皆有不同。

在電壓轉換電路100之穩態操作時，電壓轉換控制器200回授控制調節輸出端之正端VOP與負端VON之間之電流負載，並提供受調節之一額定輸出電壓VOUT於輸出電壓。所謂受調節者，係指當外部應用電路以及電流負載各參數產生處於規格範圍內之變化時，電壓轉換控制器200皆能以其配合外部應用電路所建立之負回授控制機制進行反應，以使輸出電壓保持在一額定之VOUT。

在電壓轉換電路100處於非穩態操作時，電壓轉換控制器200配合應用電路，將進行必要之反應以保護電壓轉換控制器200、應用電路中之各元件、以及電流負載，使應用電路免於因為過電 壓或過電流之情形而導致元件損毀或其他誤動作。常見的非穩態操作之反應包括軟啟動、輸入電壓不足鎖定、輸出電壓過高保護、輸出過電流保護等等。本發明之實施例將以電壓轉換電路100之穩態操作，以及軟啟動、輸出過電流保護之非穩態操作進行技術特徵之說明，玆說明如下。

當電壓轉換電路100處於穩態操作時，輸出電壓為一漣波波形，且該漣波波形之平均電壓即為額定輸出電壓VOUT。試解釋該漣波波形之週期行為以及電壓轉換控制器200之調節動作如下。

週期之一開始，電壓轉換控制器200之內部振盪器213輸出脈波，以觸發脈寬調變閂鎖器212之設定輸入端而產生訊號“1”於觸發脈寬調變閂鎖器212之輸出端，此時功率開關驅動級211則驅動功率開關171之控制端以開啟功率開關171，並形成一電流迴路而儲存能量於一次側線圈113上。此時該變壓器則未提供電流於該輸出端，故輸出端上之電流負載所需電荷係來自於輸出穩壓電容133，因此該輸出電壓線性下降。而由於一次側線圈113上之電流，亦即功率開關171上之電流持續上升，因此感流電壓腳220上之電壓訊號VCS亦持續上升，直到VCS大於回授端針腳240上之電壓值，此時脈寬調變比較器214輸出訊號“1”至脈寬調變閂鎖器212之重置輸入端而產生訊號“0”於脈寬調變閂鎖器212之輸出端，功率開關驅動級211因此關閉功率開關171。一次側線圈113上之儲存能量則透過與二次側線圈131所形成之變壓器元件，釋放至二次側線圈131形成一其上之電流，並藉以 提供電流予負載電流並對輸出穩壓電容133進行充電。此時該輸出電壓線性上升，直到內部振盪器213產生下一個脈波，而開啟功率開關171。電壓轉換電路100因此進行週期性之操作。

而當負載電流之電流值增加，由於電壓轉換電路100暫時無法提供足夠之電流予負載電流，故由輸出穩壓電容133提供所需之額外電荷，因而造成輸出電壓下降。此時輸出電壓之分壓VFB小於三端並聯穩壓器138之參考電壓時，三端並聯檼壓器138之輸出正端與輸出負端之間不導通，亦即發光二極體137之輸出不具電流且不發光。光感測元件151則未偵測到光源，因而其上亦不具電流。而在穩態操作時，第一電流開關242開關導通，而第二電流開關243則開關截止。當光感測元件151不具電流時，第一電流元件241提供一電流對回授電容152充電，回授端針腳240上之電壓值上升，而造成當一次側線圈113進行儲存能量時，其操作之電流上限提高，亦即能儲存較多能量，因而於下半週期釋放至二次側線圈131時能提供一較大之電流以提供輸出單元130所需，並對輸出電壓進行調節，以回復其額定電壓VOUT。

反之，當負載電流之電流值減少，由於電壓轉換電路100提供過多電流予輸出端，多餘之電流即對輸出穩壓電容133充電，而造成輸出電壓上升。此時輸出電壓之分壓VFB大於三端並聯檼壓器138之參考電壓時，三端並聯檼壓器138之輸出正端與輸出負端之間導通，亦即發光二極體137形成電流而發光。光感測元件151偵測到光源，因而其上形成電流，並造成回授電容152放電。回授端針腳240上之電壓值下降，亦即當一次側線圈113進 行儲存能量時，其操作之電流上限下降，亦即儲存較少能量，因而於下半週期釋放至二次側線圈131時提供一較小之電流予輸出單元130，藉此對輸出電壓進行調節，以回復其額定電壓VOUT。由以上負載電流變化所引起之暫態行為，可觀察到電壓轉換控制器200利用其與應用電路所建立之負回授控制機制，能作出對應之操作，而對輸出電壓進行調節，以使輸出電壓保持在一額定之電壓VOUT。或稱電壓轉換電路100此時處於一穩態操作之狀態。另外，由上述操作可知，回授端針腳240上之電壓值與該負載電流之電流大小成線性相關，此即一電流模式控制(current-mode control)之電壓轉換器所具有之特性。然而在其他的電壓轉換器組態中，例如在一電壓模式控制(voltage-mode control)之電壓轉換器中，回授端針腳240上之電壓值則與輸出電壓大小成線性相關，此為先前技術已揭露之技術特徵，在此不另贅述。

而當該電壓轉換控制器200剛開始啟動時，輸出電壓之穩態操作尚未建立，亦即電壓轉換電路100處於一非穩態操作之狀態。此時該電壓轉換控制器200即進行軟啟動操作，並建立輸出電壓之穩態操作，以使電壓轉換電路100達到穩態操作之狀態。軟啟動操作可以有效地避免電路剛開始啟動時，電路中各元件操作於極限狀況而降低其使用壽命，並能減少電路啟動時於電源供應單元110所產生之突波。軟啟動操作允許的時間愈長，其所能達成的保護效果愈好，然而電路啟動時間必須考量應用上之系統規格而通常會有一最大值限制，因而形成設計上之取捨。電壓轉換控制器200之軟啟動操作將配合第3圖之波形圖說明之。

第3圖為電壓轉換控制器200進行軟啟動操作時，各主要端點之電壓波形示意圖。其中310為輸出電壓波形，320為振盪控制器255之輸出波形，330為回授端針腳240上之電壓波形，331為振盪控制器255之一第一比較電壓值，332為振盪控制器255之一第二比較電壓值，340為限電流控制級215之輸出波形，341為限電流控制級215在電壓轉換電路100處於穩態操作下之等效限電流之電壓值，350為感流電壓腳220上之電壓波形，即VCS之電壓波形，360為第4圖所示之340與350局部放大波形之區域。

如第3圖所示，由於振盪控制器255之輸出係控制開啟第一電流開關242以及第二電流開關243之兩者之一，而當電壓轉換控制器200一開始啟動時，回授端針腳240上之電壓小於第一比較電壓值331，因此第一電流開關242被開啟，第一電流元件241提供一電流流入回授端針腳240之端點，再由於輸出電壓並未建立，反應至光感測元件151即其不具電流，因此第一電流元件241提供之電流即對回授電容152充電，因此回授端針腳240上之電壓持續上升，直到大於第一比較電壓值331，此時振盪控制器255之輸出改變，第一電流開關242開關截止，且第二電流開關243開關導通。此時第二電流元件244提供一電流流出回授端針腳240之端點，造成回授電容152放電，因此回授端針腳240上之電壓開始持續下降，直到小於第二比較電壓值332，此時振盪控制器255之輸出改變，第一電流開關242開關導通，且第二電流開關243開關截止，而回授端針腳240上之電壓開始持續上升，最後 形成如330所示之週期性波形部份。而振盪控制器255之輸出亦形成如320所示之週期性波形部份。另外，該週期之大小可直接由回授電容152之電容值來決定。

進一步說明，振盪控制器255、第一電流元件241、第一電流開關242、第二電流開關243、以及第二電流元件244之組合形成一充放電電路280，如第2圖中所示。該充放電電路280係於第二模式時，對該回授電容152進行週期性之充放電，以形成前述之週期性波形。其中振盪控制器255分別於回授電容152之電壓上升至第一比較電壓值331和下降至第二比較電壓值332時，改變振盪控制器255之輸出位準。

如第3圖所示，在軟啟動操作下，限電流控制級215之輸出並非一開始即為如341所示之電壓值，而是以分段遞增之方式，來設定功率開關171之限電流大小，以達到軟啟動之保護電路元件以及減少電路突波之目的。第4圖所示為第3圖中340與350局部放大波形之區域360。當內部振盪器213發出脈波以開啟功率開關171時，此時感流電壓腳220上之電壓波形350，即VCS，為一直線上升之波形，直到大於限電流控制級215所設定之值，亦即圖中之340，使得脈寬調變比較器214輸出“1”，而關閉該功率開關171，直到下一次內部振盪器213發出脈波。因此形成了如圖中之VCS之週期性訊號。

請回到第3圖。如第3圖所示，電壓轉換控制器200中之計數器251可以利用前述振盪控制器255之輸出所形成之週期性波形，進行計數而並將結果輸出至軟啟動控制電路252，軟啟動控 制電路252即依計數之結果而逐步將限電流控制級215之輸出增加，以達到軟啟動的操作。值得注意的是，振盪控制器255之輸出之週期，將決定軟啟動操作之時間長度，因此在電路應用上，使用者可藉由直接改變電壓轉換控制器200外部之回授電容152之電容值，來設計軟啟動操作之時間，而使同一設計之電壓轉換控制器200能使用於各種不同之應用上，因而減少積體電路元件因應各種不同應用所衍生之版本數量，而簡化製造商生產、庫存、管理之問題。

另外，在電壓轉換電路100處於穩態操作時，若負載電流增加，並大於電壓轉換電路100所能供應之輸出電流，此時會觸發電壓轉換控制器200進行輸出過電流保護之非穩態操作。輸出過電流保護之目的，在於防止電路元件一直處於過高之電流操作狀況之下而損毀，甚至造成燃燒而導致使用上安全性之虞。電壓轉換控制器200之輸出過電流保護操作將配合第5圖之波形圖說明之。

第5圖為電壓轉換控制器200進行輸出過電流保護操作時，各主要端點之電壓波形示意圖。其中510為該過載保護控制電路253之輸出波形，520為振盪控制器255之輸出波形，530為回授端針腳240上之電壓波形，531為振盪控制器255之一第一比較電壓值，532為振盪控制器255之一第二比較電壓值，540為限電流控制級215之輸出波形，550為感流電壓腳220上之電壓波形，即VCS之電壓波形。

如第5圖所示，電壓轉換電路100一開始處於穩態操作之狀 態。在一時間點t1時，其輸出端之負載電流增加，並大於電壓轉換電路100所能供應之輸出電流，此時由於電壓轉換電路100之供應電流能力不足，導致輸出電壓持續低於額定輸出電壓VOUT。反應至光感測元件151則是未偵測到光源，因而其上不具電流。第一電流元件241之電流因此對回授電容152持續充電，回授端針腳240上之電壓持續上升，直到大於第一比較電壓值531，此時振盪控制器255之輸出改變，並關閉第一電流開關242，且開啟第二電流開關243。

此時第二電流元件244提供一電流流出回授端針腳240之端點，造成回授電容152放電，因此回授端針腳240上之電壓開始持續下降，直到小於第二比較電壓值532，此時振盪控制器255之輸出改變，並開啟第一電流開關242，且關閉第二電流開關243，而回授端針腳240上之電壓開始持續上升，最後形成如530所示之週期性波形部份。而振盪控制器255之輸出亦形成如520所示之週期性波形部份。另外，該週期之大小可直接由回授電容152之電容值來決定。

如第5圖所示，電壓轉換控制器200中之計數器251可以利用前述振盪控制器255之輸出所形成之週期性波形進行計數，並在達到一預設計數值時發出訊號予過載保護控制電路253，進行輸出過電流保護之動作，例如通知關閉邏輯電路254，以持續關閉功率開關171而不再輸出電流。如第5圖中之t2時所示，此時過載保護控制電路253之輸出波形510發出脈波，功率開關171截止，感流電壓腳220上之電壓波形550，即VCS之電壓，則持 續為0。

由本實施例的操作可知，在電壓轉換電路100處於穩態操作之狀態時，該回授訊號，亦即回授端針腳240上之電壓訊號，線性相關於輸出電流大小，以提供電壓轉換控制器200進行調節輸出電壓之負回授控制所需訊號，或亦可解釋為回授端針腳240上之電壓訊號係由該負回授控制之迴路及其相關元件所產生。而脈寬調變比較器214係接收回授端針腳240上之電壓訊號，以進行動態操作。而在電壓轉換電路100處於非穩態操作之狀態時，該計數時脈訊號，亦即回授端針腳240上之電壓訊號，則為一週期性之訊號，且週期大小由外部之回授電容152之電容值決定，因而提供了一個頻率大小相對精確而可供計數之時脈訊號，以供非穩態操作之所需，或亦可解釋為回授端針腳240上之電壓訊號係由第一電流元件241、第一電流開關242、第二電流開關243、第二電流元件244、內部電壓源245、振盪控制器255以及回授電容152所產生。而振盪控制器255係接收回授端針腳240上之電壓，而進行動態操作。可知回授端針腳240上之電壓訊號在電壓轉換電路100的兩種操作狀態下，係由該電壓轉換控制器與該應用電路之不同電路成份所產生，並分別提供了不同功能但又為電路操作所必需之訊號予電壓轉換控制器200中的兩個子電路，即脈寬調變比較器214以及振盪控制器255。反觀先前技術中電壓轉換控制器之回授端針腳上之電壓則於任何狀態下皆由相同電路成份所產生，且僅能於電壓轉換器在穩態操作時提供有意義之訊號以供利用。故本發明所揭露之技術特徵能夠節省積體電路針腳之使 用量，因而能進一步節省成本；且同一設計之電壓轉換控制器能使用於各種不同之應用上，也因而減少積體電路元件因應各種不同應用所衍生之版本數量，而簡化製造商生產、庫存、管理之問題。

第6圖所示為電壓轉換控制器200之中，該盪控制器255之一電路實施例。振盪控制器255包含一控制器輸入端610、一控制器輸出端620、一第一比較器630、一第二比較器640、一第一比較電壓650、一第二比較電壓660、以及一設定重置閂鎖器670。控制器輸入端610耦接於回授端針腳240，且控制器輸出端620之訊號用以控制第一電流開關242與第二電流開關243之導通或截止。第一比較器630具有一正輸入端、一負輸入端以及一輸出端，其中該正輸入端耦接於控制器輸入端610，且該負輸入端耦接於第一比較電壓650。第二比較器640具有一正輸入端、一負輸入端以及一輸出端，其中該負輸入端耦接於控制器輸入端610，且該正輸入端耦接於第二比較電壓660。設定重置閂鎖器670具有一設定輸入端、一重置輸入端、以及一輸出端，其中該設定輸入端耦接於第一比較器630之輸出端，該重置輸入端耦接於第二比較器640之輸出端，且設定重置閂鎖器670之輸出端耦接於控制器輸出端620。

如第6圖所示，通常設計上第一比較電壓650大於第二比較電壓660。當控制器輸入端610之電壓小於第二比較電壓660時，第二比較器640輸出“1”予設定重置閂鎖器670之重置輸入端，因而控制器輸出端620之輸出為“0”。當控制器輸入端610之電 壓大於第一比較電壓650時，第一比較器630輸出“1”予設定重置閂鎖器670之設定輸入端，因而控制器輸出端620之輸出為“1”。當控制器輸入端610之電壓界於第一比較電壓650與第二比較電壓660之間時，第一比較器630與第二比較器640皆輸出“0”，設定重置閂鎖器670之輸出，亦即控制器輸出端620之輸出則維持不變。

雖然本發明之實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述之形狀、構造、特徵及數量當可做些許之變更，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧電壓轉換器

110‧‧‧電源供應單元

111‧‧‧橋式全波整流器

112‧‧‧輸入穩壓電容

113‧‧‧一次側線圈

130‧‧‧輸出單元

131‧‧‧二次側線圈

132‧‧‧輸出端二極體

133‧‧‧輸出穩壓電容

134‧‧‧第一回授電阻

135‧‧‧第二回授電阻

136‧‧‧限流電阻

137‧‧‧發光二極體

138‧‧‧三端並聯穩壓器

150‧‧‧回授電路單元

151‧‧‧光感測元件

152‧‧‧回授電容

170‧‧‧功率開關單元

171‧‧‧功率開關

172‧‧‧感流電阻

200‧‧‧電壓轉換控制器

210‧‧‧功率開關控制腳

211‧‧‧功率開關驅動級

212‧‧‧脈寬調變閂鎖器

213‧‧‧內部振盪器

214‧‧‧脈寬調變比較器

215‧‧‧限電流控制級

220‧‧‧感流電壓腳

221‧‧‧增益級

230‧‧‧接地腳

240‧‧‧回授端針腳

241‧‧‧第一電流元件

242‧‧‧第一電流開關

243‧‧‧第二電流開關

244‧‧‧第二電流元件

245‧‧‧內部電壓源

251‧‧‧計數器

252‧‧‧軟啟動控制電路

253‧‧‧過載保護控制電路

254‧‧‧關閉邏輯電路

255‧‧‧振盪控制器

280‧‧‧充放電電路

310‧‧‧輸出電壓波形

320‧‧‧振盪控制器之輸出波形

330‧‧‧回授端針腳之電壓波形

331‧‧‧振盪控制器之第一比較電壓值

332‧‧‧振盪控制器之第二比較電壓值

340‧‧‧限電流控制級之輸出波形

341‧‧‧限電流控制級於穩態操作下之等效限電流之電壓值

350‧‧‧感流電壓腳之電壓波形

360‧‧‧340與350局部放大波形之區域

510‧‧‧過載保護控制電路之輸出波形

520‧‧‧振盪控制器之輸出波形

530‧‧‧回授端針腳之電壓波形

531‧‧‧振盪控制器之第一比較電壓值

532‧‧‧振盪控制器之第二比較電壓值

540‧‧‧限電流控制級之輸出波形

550‧‧‧感流電壓腳之電壓波形

610‧‧‧控制器輸入端

620‧‧‧控制器輸出端

630‧‧‧第一比較器

640‧‧‧第二比較器

650‧‧‧第一比較電壓

660‧‧‧第二比較電壓

670‧‧‧設定重置閂鎖器

第1圖為本發明之電壓轉換器之電路示意圖。

第2圖為本發明之電壓轉換控制器之組成功能方塊示意圖。

第3圖為本發明之電壓轉換控制器進行軟啟動操作時，各主要端點之電壓波形示意圖。

第4圖所示為第3圖中局部放大區域之電壓波形示意圖。

第5圖為本發明之電壓轉換控制器進行輸出過電流保護操作時，各主要端點之電壓波形示意圖。

第6圖為本發明之電壓轉換控制器之中，振盪控制器之電路示意圖。

200‧‧‧電壓轉換控制器

210‧‧‧功率開關控制腳

211‧‧‧功率開關驅動級

212‧‧‧脈寬調變閂鎖器

213‧‧‧內部振盪器

214‧‧‧脈寬調變比較器

215‧‧‧限電流控制級

220‧‧‧感流電壓腳

221‧‧‧增益級

230‧‧‧接地腳

240‧‧‧回授端針腳

241‧‧‧第一電流元件

242‧‧‧第一電流開關

243‧‧‧第二電流開關

244‧‧‧第二電流元件

245‧‧‧內部電壓源

251‧‧‧計數器

252‧‧‧軟啟動控制電路

253‧‧‧過載保護控制電路

254‧‧‧關閉邏輯電路

255‧‧‧振盪控制器

280‧‧‧充放電電路

Claims (12)

1. 一種電壓轉換控制器，係應用於一電壓轉換電路，該電壓轉換電路操作其中之一功率開關，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓於一輸出端，並產生一回授訊號，該回授訊號耦接於一回授電容，該電壓轉換控制器包含：一回授端針腳，耦接於該回授電容，並用於接收該回授訊號或提供一計數時脈訊號；以及一功率開關控制腳，用以控制該電壓轉換電路中該功率開關之操作；其中該電壓轉換控制器具有一第一模式及一第二模式；其中該第一模式時，該輸出端係提供受調節之該輸出電壓並供應電流予一電流負載，且該回授端針腳係接收該回授訊號，該回授訊號與該輸出電壓或該電流負載之電流大小相關；該第二模式時，該輸出電壓不受調節，且該回授端針腳係提供固定週期性之該計數時脈訊號，該計數時脈訊號之週期大小係由該回授電容之電容值所決定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該第二模式係為一軟啟動操作或為一負載電流過大之保護操作。
3. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該計數時脈訊號係於一軟啟動操作或一負載電流過大之保護操作之中，作為計算時間長度之時脈，以決定該軟啟動操作或該負載電流 過大之保護操作之時間長度。
4. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，其中該電壓轉換電路係為一馳返式開關電源轉換器。
5. 如申請專利範圍第1項所述之電壓轉換控制器，更包含一充放電電路，於該第二模式時，對該回授電容進行週期性之充放電。
6. 如申請專利範圍第5項所述之電壓轉換控制器，其中該充放電電路更包含：一第一開關電流，耦接於該回授端針腳，且電流方向為流入該回授端針腳；以及一第二開關電流，耦接於該回授端針腳，且電流方向為流出該回授端針腳。
7. 如申請專利範圍第6項所述之電壓轉換控制器，其中該第一開關電流包含一開關元件，以及一電流源元件或一電阻元件，或該第二開關電流包含一開關元件，以及一電流源元件或一電阻元件。
8. 如申請專利範圍第6項所述之電壓轉換控制器，其中更包含一振盪控制器以及一計數器；當電壓轉換器工作於該第二模式時，該振盪控制器利用控制該第一開關電流與該第二開關電流之導通或截止，對該回授電容進行週期性之充放電，而形成固定週期性之該計數時脈訊號，用以作為該計數器之時脈來源。
9. 如申請專利範圍第5項所述之電壓轉換控制器，其中該充放電 電路更包含一振盪控制器，該振盪控制器分別於該回授電容之電壓上升至一第一比較電壓值和下降至一第二比較電壓值時，改變該振盪控制器之輸出位準。
10. 如申請專利範圍第8項所述之電壓轉換控制器，其中該振盪控制器包含：一控制器輸入端，耦接於該回授端針腳；一控制器輸出端，用以輸出一訊號以控制該第一開關電流與該第二開關電流之導通或截止；一第一比較器，具有兩輸入端以及一輸出端，其兩輸入端分別耦接於該控制器輸入端以及該第一比較電壓；一第二比較器，具有兩輸入端以及一輸出端，其兩輸入端分別耦接於該控制器輸入端以及該第二比較電壓；及一設定重置閂鎖器，具有一設定輸入端、一重置輸入端、以及一輸出端，其中該設定輸入端耦接於該第一比較器之輸出端，該重置輸入端耦接於該第二比較器之輸出端，且該設定重置閂鎖器之輸出端耦接於該控制器輸出端。
11. 一種電壓轉換電路，包含：一應用電路，且該應用電路包含一輸出端、一回授端以及耦接於該回授端之一回授電容；該輸出端具有一輸出電壓，並耦接一電流負載；以及一電壓轉換控制器，具有一回授端針腳，耦接於該回授端； 其中該電壓轉換控制器具有一第一模式及一第二模式；其中該第一模式時，該輸出端係提供受調節之該輸出電壓並供應電流予該電流負載，且該回授端針腳係提供一回授訊號，該回授訊號與該輸出電壓或該電流負載之電流大小相關；該第二模式時，該輸出電壓不受調節，且該回授端針腳係接收固定週期性之一計數時脈訊號，該計數時脈訊號之週期大小係由該回授電容之電容值所決定。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電壓轉換電路，該電壓轉換電路係為一馳返式開關電源轉換器。