TW201611501A - 模式控制裝置、電壓轉換器及模式控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明揭示模式控制裝置、電壓轉換器及模式控制方法。在一些實施例中，一電壓轉換器可包含一電壓轉換電路，該電壓轉換電路具有：一電感器，其經組態以經充電及放電以促進一輸入電壓至一輸出電壓之轉換；及一開關，其經組態以容許對該電感器充電及放電。該電壓轉換器可進一步包含一邏輯驅動單元，該邏輯驅動單元經組態以將一驅動信號提供至該開關以控制該電感器之該充電及放電。該電壓轉換器可進一步包含一模式控制單元，該模式控制單元經組態以將一模式切換信號提供至該邏輯驅動單元以基於一第一切換臨限值控制自一連續控制模式至一不連續控制模式之切換，且基於與該第一切換臨限值不同的一第二切換臨限值控制自該不連續控制模式至該連續控制模式之切換。

Description

模式控制裝置、電壓轉換器及模式控制方法 相關申請案的交叉參考
本申請案主張於2014年6月30日申請之標題為MODE CONTROL DEVICE,VOLTAGE CONVERTER,AND MODE CONTROL METHOD之美國申請案第14/320,512號之優先權，該案之全部揭示內容特此以引用的方式明文併入本文中。
本申請案係關於電子技術之一領域，且更特定言之係關於一種用於一電壓轉換器之模式控制裝置、一種電壓轉換器及一種用於該電壓轉換器中之模式控制方法。
電子設備之中通常包含電子模組，諸如不同子系統及電子電路等等。此等電子模組常常需要不同供應電壓以達成其等正常操作。例如，一類比功率放大器可需要3.5伏特之一供應電壓，且一數位處理模組可需要1.8伏特、5伏特等之不同供應電壓。為確保電子設備中之各自電子模組之正常操作，需要一電壓轉換器來將一DC電壓(例如，來自一電池之一電壓)轉換為如由一個別模組所需之另一不同DC電壓，即，將一特定輸入電壓Vin轉換為一不同輸出電壓Vout。
在現有電壓轉換器中，例如，將一輸入端處之電能暫時儲存於一電感器及/或一電容器中(亦即，執行一充電程序)，且此後在一輸出 端處以一不同電壓釋放電能(亦即，執行一放電程序)，使得將輸入電壓Vin轉換為所要輸出電壓Vout。因此，採用一驅動信號來驅動電壓轉換器中之一控制裝置(例如，一開關)，藉由該控制裝置控制充電程序及放電程序以獲得所要輸出電壓Vout。即，控制其間開關閉合以充電之一接通時間Ton，及其間開關斷開以放電之一關斷時間Toff。接通時間Ton對應於驅動信號之一脈衝寬度。
在電壓轉換器之操作程序中，可發生其中由其輸出電壓Vout驅動之一負載(例如，一電子模組)之阻抗改變之一情境，例如，當電子模組之一操作狀態改變時，其相對於電壓轉換器之阻抗值將改變。在此情況中，為改良電壓轉換器之轉換效率，可需要採取不同控制方法來控制電壓轉換器之充電操作及放電操作。例如，當由輸出電壓Vout驅動之負載係其負載值相對較大之一重負載時，可採取一連續控制模式(CCM)來控制電壓轉換器；當由輸出電壓Vout驅動之負載係其負載值相對較小之一輕負載時，可採取一不連續控制模式(DCM)來控制電壓轉換器。在連續控制模式中，驅動信號驅動電壓轉換器中之控制裝置以使電壓轉換器連續執行充電及放電操作。在不連續控制模式中，驅動信號驅動電壓轉換器中之控制裝置，使得電壓轉換器在執行充電及放電操作之後可暫停一段時間，且此後再次執行充電及放電操作。
當由輸出電壓Vout驅動之負載自重負載改變為輕負載時，電壓轉換器之控制模式需要自連續控制模式切換至不連續控制模式。當由輸出電壓Vout驅動之負載自輕負載改變為重負載時，電壓轉換器之控制模式需要自不連續控制模式切換至連續控制模式。通常，基於經驅動負載上之負載電流而實行模式切換，此在下文將參考圖1進行描述。
圖1示意性地繪示一習知電壓轉換器中之一控制模式切換。在圖1中，ILoad係由一電壓轉換器供電之一負載上之負載電流，IL係在用於儲存及釋放電壓轉換器中之電能之一電感器上流動之電感電流； ΔIL係電壓轉換器中之電感器上之電感電流之一峰值與一谷值之間的一差，亦即，電感電流IL之一峰間值。如圖1中所示，當電壓轉換器之負載電流ILoad大於ΔIL/2時，電壓轉換器以連續控制模式操作；當負載電流ILoad等於或小於ΔIL/2時，電壓轉換器以不連續控制模式操作。ILoad=ΔIL/2係自連續控制模式切換至不連續控制模式及自不連續控制模式切換至連續控制模式之切換臨限值。
自連續控制模式切換至不連續控制模式之切換臨限值等於自不連續控制模式切換至連續控制模式之切換臨限值。當電壓轉換器在切換臨限值附近操作時，歸因於電壓轉換器之切換雜訊之干擾，可頻繁發生連續控制模式與不連續控制模式之間的切換，此增加電壓轉換器之輸出電壓之一漣波且降低電壓轉換器之操作效率。此外，電感電流之峰間值ΔIL取決於電壓轉換器之輸入電壓及輸出電壓。在已判定電壓轉換器之一設計之後，ΔIL具有一極小變化範圍。因此，使用者無法調整電壓轉換器以適應其之一特定要求。
本申請案之態樣可係關於一種用於一電壓轉換器之模式控制裝置、一種電壓轉換器、一種包含該電壓轉換器之電子裝置及一種用於該電壓轉換器中之控制方法等。
本申請案之一實施例中之模式控制裝置可適用於控制一電壓轉換器以在一連續操作模式與一不連續操作模式之間切換。該電壓轉換器將一輸入電壓轉換至一輸出電壓Vout，該輸出電壓Vout可用於供電給一負載。該電壓轉換器可包括：一電壓轉換電路，其包含一控制裝置及一電感器，該電感器能夠執行充電及放電操作，該控制裝置在一驅動信號之驅動下操作以控制該電壓器之該等充電及放電操作；一邏輯驅動單元，其用於調整該電壓轉換電路之一操作模式，且產生用於驅動該控制裝置之該驅動信號，以便獲得一所要輸出電壓；及一模式 控制裝置，其用於基於該電感器上之電感電流而控制連續控制模式與不連續控制模式之間的一切換，其中自該連續操作模式切換至該不連續操作模式之一第一切換臨限值不等於自該不連續操作模式切換至該連續操作模式之一第二切換臨限值，且該第二切換臨限值滯後於(lag behind)該第一切換臨限值。該滯後可降低或甚至消除在該連續操作模式與該不連續操作模式之間的切換程序期間之切換雜訊干擾，且降低該不連續操作模式中之輸出電壓之一漣波。
根據本申請案之一實施例之模式控制裝置可包含：一電感信號偵測單元，其用於偵測在該電壓轉換電路中之該電感器上流動之電感電流且輸出該經偵測電感電流IL之一峰值及一谷值之至少一者；一第一切換判定單元，其用於在該電壓轉換器以該連續控制模式操作時，基於該電感電流之一峰間值及由該電感信號偵測單元偵測之該電感電流之該谷值而判定是否自該連續控制模式切換至該不連續控制模式；一第二切換判定單元，其用於在該電壓轉換器以該不連續控制模式操作時，基於由該電感信號偵測單元偵測之該電感電流之該峰值或該谷值之至少一者而判定是否自該不連續控制模式切換至該連續控制模式。
本申請案之一實施例中之模式控制方法可包含：偵測在該電壓轉換電路中之該電感器上流動之電感電流，且輸出該經偵測電感電流之一峰值及一谷值之至少一者；當該電壓轉換器以該連續控制模式操作時，基於該電感電流之一峰間值及該經偵測電感電流之該谷值而判定是否自該連續控制模式切換至該不連續控制模式；及當該電壓轉換器以該不連續控制模式操作時，基於該經偵測電感電流之該峰值及該谷值之至少一者而判定是否自該不連續控制模式切換至該連續控制模式。
在根據本申請案之實施例之技術解決方案中，在該連續控制模 式與該不連續控制模式之切換臨限值之間存在一滯後分量，且該滯後可降低雜訊對該電壓轉換器之切換之影響，以便在該電壓轉換器處於一輕負載狀態時降低該輸出電壓之該漣波。當在該不連續控制模式中該電壓轉換器之該電感電流之該峰值受限時，自該不連續控制模式切換至該連續控制模式之切換臨限值可藉由降低該電感電流之該峰值而降低。另外，在該電壓轉換器之負載極輕之一情況中，降低該電感電流之該峰值可進一步縮減該電壓轉換器中之該電感器之接通時間，以便改良該電壓轉換器之操作效率。
201‧‧‧三極體
202‧‧‧三極體
203‧‧‧電感器
204‧‧‧電容器
210‧‧‧電壓轉換電路
220‧‧‧回饋電路
230‧‧‧邏輯驅動單元
240‧‧‧模式控制裝置
241‧‧‧電感信號偵測單元
242‧‧‧第一切換判定單元
243‧‧‧第二切換判定單元
243a‧‧‧限制組件
243b‧‧‧切換判定組件
700‧‧‧模式控制方法
IL‧‧‧電感電流
ΔIL‧‧‧電感電流之峰間值
IL_valley‧‧‧電感電流之谷值
ILoad‧‧‧負載電流
Sd1‧‧‧驅動信號
Sd2‧‧‧驅動信號
Se‧‧‧錯誤控制信號
Sm‧‧‧模式切換信號
SW‧‧‧點
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout‧‧‧輸出電壓/輸出埠/點
Vref‧‧‧參考電壓
為更明確說明技術解決方案，下文簡要介紹在實施例或習知技術之描述中引用的圖式。下文描述之圖式僅係本發明之一些實施例，且一般技術者亦可根據此等圖式獲得其他圖式。貫穿此等圖式，相同元件符號通常指示相同組件。
圖1示意性地繪示一習知電壓轉換器中之一控制模式切換；圖2係示意性地繪示根據本申請案之一實施例之包含一模式控制裝置之一電壓轉換器之一方塊圖；圖3係示意性地繪示根據本申請案之一實施例之一模式控制裝置之一方塊圖；圖4示意性地繪示根據本申請案之一實施例之在模式控制裝置之控制下由一電壓轉換器執行之一控制模式切換；圖5A1、圖5A2、圖5B1、圖5B2及圖5C繪示其中一降壓轉換器藉由使用一習知技術而在一PWM模式與一PFM模式之間切換之一模擬結果；圖6A1、圖6A2、圖6B1、圖6B2及圖6C繪示其中一降壓轉換器藉由使用根據本申請案之一技術而在一PWM模式與一PFM模式之間切換之一模擬結果；及 圖7係示意性地繪示根據本申請案之一實施例之一模式控制方法之一流程圖。
本申請案所涉及之電壓轉換器可為一升壓轉換器、一降壓轉換器或一升降壓轉換器等。電壓轉換器將一供應電壓轉換至由一電子設備中之個別電子模組所需之電壓。電子模組係例如一RF放大器、一顯示裝置等等。包含電子模組之電子設備係例如一行動電話、一平板電腦、一監視器、一電子書閱讀器、一可攜式數位媒體播放器等等。電壓轉換器、被供應電力之電子模組及應用該等電子模組之電子設備之類型不構成對本申請案之一限制。
圖2係示意性地繪示根據本申請案之一實施例之包含一模式控制裝置之一電壓轉換器之一方塊圖。圖2中所示之電壓轉換器200將一輸入電壓Vin轉換為一輸出電壓Vout，該輸出電壓Vout可用於供電給一負載。
如圖2中所示，電壓轉換器200可包括：一電壓轉換電路210，其包含三極體201、202及一電感器203，電感器203定位於三極體201之一輸出與輸出電壓Vout之一埠之間，且用於執行充電及放電操作，三極體201及202分別在驅動信號Sd1及Sd2之驅動下操作以控制電感器203之充電及放電操作；一回饋電路220，其用於接收電壓轉換器200之一輸出回饋(例如，輸出電壓Vout)，比較其與對應於待輸出之一目標電壓之一參考電壓Vref，且輸出一誤差控制信號Se；一邏輯驅動單元230，其用於調整電壓轉換電路210之一操作模式，根據由回饋電路220輸出之誤差控制信號Se而產生用於驅動三極體201及202之驅動信號Sd1及Sd2，以便獲得所要輸出電壓Vout；及一模式控制裝置240，其用於產生控制一連續控制模式至一不連續控制模式之間的切換之一模式切換信號Sm。
如圖2中所示，除三極體201、三極體202及電感器203之外，電壓轉換電路210進一步可包括一電容器204，該電容器204連接於輸出電壓Vout之埠與接地之間且用於確保輸出電壓Vout之穩定輸出。
在充電程序期間，三極體202關斷，二極體201接通，對電感器203充電且產生電感電流。由於輸入電壓Vin係直流(DC)，故電感器203上之電感電流以一特定速率線性增加，以對輸出電容器204充電而維持輸出電壓，且相應地將一所要電流提供至負載。在放電程序期間，三極體201關斷，三極體202接通。由於電感電流之一保持特性，當充電完成時，通過電感器203之電流將自一值緩慢減低，直至下一充電程序開始或電流值降低至零。因此，電感器L開始對電容器C充電，藉此維持輸出電壓Vout。圖2中之三極體201及三極體202係用於控制電壓轉換器之充電及放電操作之控制裝置。
圖2中之電壓轉換器210係一降壓轉換電路。在其中電壓轉換器係一升壓轉換器之一情況中，電壓轉換電路210係一升壓轉換電路。在其中電壓轉換器係一升降壓轉換器之一情況中，電壓轉換電路210係一升降壓轉換電路。電壓轉換電路210之特定結構不構成對本申請案之一限制。
回饋電路220形成例如可由一誤差放大器實施之電壓轉換器200之一回饋迴路。誤差放大器可比較輸出電壓Vout與參考電壓Vref且產生誤差控制信號Se，以便控制充電及放電操作，使得輸出電壓Vout接近於一所要目標電壓。此外，回饋電路220可進一步包含用於劃分輸出電壓Vout之一分壓器，且使用誤差放大器來比較輸出電壓Vout之一部分與對應參考電壓。
邏輯驅動電路230可根據自模式控制裝置240輸出之模式切換信號Sm而控制電壓轉換電路210之操作模式。操作模式可例如包含一連續控制模式、一不連續控制模式等。連續控制模式可為例如一脈衝寬 度調變(PWM)，且不連續控制模式可為例如一脈衝頻率調變(PFM)及一叢發模式等。
在PWM模式中，電壓轉換器具有一固定接通-關斷頻率fsw，其等於電壓轉換器之控制裝置之一工作週期Tsw之一倒數，亦即，fsw=1/Tsw=1/(Ton+Toff)，其中Ton係其間圖2中之三極體201接通且三極體202關斷以充電之一接通時間，且Toff係其間三極體201關斷且三極體202接通以放電之一關斷時間。在電壓轉換器之操作程序期間，藉由改變接通時間Ton及關斷時間Toff而改變充電及放電操作。然而，接通時間Ton無法為無窮小，使得一輕負載狀態中之一工作比(duty ratio)之一減低有限。因此，脈衝寬度調變模式通常應用於其中由電壓轉換器驅動之負載係一重負載之一情況。在PFM模式中，電壓轉換器之接通-關斷頻率fsw可變化，電壓轉換器可處於其中其不連續地操作之一不連續控制模式中，且藉此適用於其中由電壓轉換器驅動之負載係輕負載之一情況。在叢發模式中，電壓轉換器可視需要突然操作一或多個週期，接著中止，等等。
至於電壓轉換器之負載是否係重負載或輕負載，可藉由基於輸入電壓、電壓轉換器之一驅動能力等設定一負載臨限值而判定。若電壓轉換器之負載大於或等於負載臨限值，則其係重負載，若電壓轉換器之負載等於或小於負載臨限值，則其係輕負載。作為一實例，當電壓轉換器之輸入電壓相對較高時，負載臨限值變大；當電壓轉換器之輸入電壓相對較小時，負載臨限值變小。
邏輯驅動電路230亦自回饋電路220接收誤差控制信號Se，且基於模式切換信號Sm及誤差控制信號Se產生用於驅動三極體201及三極體202之驅動信號Sd1及Sd2，以便獲得所要輸出電壓Vout。至於包含各自操作模式之邏輯驅動單元，可藉由現有技術或未來可能出現的多種技術來實施，其特定實施方案不構成對本申請案之實施例之一限 制。
在下文中，為方便描述，假定當電壓轉換器之負載自重負載改變至輕負載時，電壓轉換器自脈衝寬度調變切換至脈衝頻率調變。此僅係一實例，且本申請案之實施例亦可應用於自其他連續控制模式至其他不連續控制模式之切換。
如結合圖1所描述，在習知模式控制技術中，自連續控制模式切換至不連續控制模式之一切換臨限值等於自不連續控制模式切換至連續控制模式之一切換臨限值。當電壓轉換器在切換臨限值附近操作時，可頻繁發生連續控制模式與不連續控制模式之間的切換，此增加電壓轉換器之輸出電壓之一漣波，且降低電壓轉換器之操作效率。因此，預期在自不連續控制模式切換至連續控制模式之後，存在切換臨限值之滯後。例如，預期自不連續控制模式切換至連續控制模式之切換臨限值大於自連續控制模式切換至不連續控制模式之切換臨限值，以避免模式切換之頻繁發生。另外，進一步預期可調整模式切換之臨限值，使得使用者可調整電壓轉換器以適應其特定要求。
根據本申請案之實施例之模式控制裝置240可基於電感器203上之電感電流而控制連續操作模式與不連續操作模式之間的切換，其中自連續操作模式切換至不連續操作模式之一第一切換臨限值不等於自不連續操作模式切換至連續操作模式之一第二切換臨限值，且第一切換臨限值及第二切換臨限值之至少一者中存在一滯後分量。
尤其在自不連續操作模式切換至連續操作模式之後，滯後分量可減小或甚至消除在連續操作模式與不連續操作模式之間的切換程序期間之一切換雜訊干擾。
結合圖2描述之應用本申請案之實施例之模式控制裝置之上述電壓轉換器僅係闡釋性的，其進一步可包含其他部分，例如，一頻率振盪器、用於在脈衝頻率調變模式下控制低電流之一低電流控制電路等 等。
圖3係示意性地繪示根據本申請案之一實施例之一模式控制裝置之一方塊圖。模式控制裝置可應用於上文結合圖2描述之電壓轉換器，該電壓轉換器包含(但不限於)：一升壓轉換器、一降壓轉換器、一升降壓轉換器等。另外，模式控制裝置進一步可應用於將交流轉換至直流之一電壓轉換器。
如圖3中所示，模式控制裝置240可包含：一電感信號偵測單元241，其用於偵測在電壓轉換電路中之電感器上流動之電感電流，且輸出經偵測電感電流之一峰值IL_peak及一谷值IL_valley；一第一切換判定單元242，其用於在電壓轉換器以連續控制模式操作時，基於電感電流之一峰間值ΔIL及由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley而判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式；一第二切換判定單元243，其用於在電壓轉換器以不連續控制模式操作時，基於由電感信號偵測單元241偵測之電感電流IL之峰值IL_peak或谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式。在下文中，將其中連續操作模式係一PWM模式且不連續操作模式係一PFM模式之一情況視為一實例以描述模式控制裝置240之操作。
電感信號偵測單元241偵測在電壓轉換電路中之電感器(例如，圖2中之電感器203)上流動之電流。例如，電感信號偵測單元241可偵測圖2中之電壓轉換電路中之點SW中之電流。基於電感電流可判定電感器上之電感信號之峰值及谷值，且藉由峰值或谷值而判定控制模式之切換。
電感信號偵測單元241可藉由採用各種技術來偵測在電感器上流動之電感電流。例如，電感信號偵測單元241可使用具有一極小電阻之一電阻器來分離來自電感器之電流信號之一小部分；或亦可使用一功率管(例如，MOSFET)之一線性電阻區域來偵測電感電流，且相應 地，當其在線性電阻區域中操作時，可藉由偵測功率管之一源極與一汲極之間的一電壓而偵測電感信號。如由電感信號偵測單元241採取的用於偵測電感信號之技術不構成對本申請案之實施例之一限制。替代地，電感信號偵測單元241可進一步偵測圖2中之電壓轉換電路中之點SW處之一電壓，以便獲得電感電壓，且輸出經偵測電感電壓之一峰值或谷值。
結合圖4描述由電感信號偵測單元241執行之偵測操作。圖4示意性地繪示根據本申請案之一實施例之在模式控制裝置240之一控制下由一電壓轉換器執行之一控制模式切換。在圖4中，ILoad係由一電壓轉換器供電之一負載上之一負載電流，例如，圖2中之輸出埠Vout中之電流；IL係在圖2中之電感器203上流動之一電感電流；ΔIL係電感電流之一峰值與一谷值之間的一差，亦即，一峰間值。
如圖4中所示，在電感器之充電程序期間，圖2中之三極體202關斷且三極體201接通，電感電流增加。當電感電流增加至峰值時，充電程序結束且放電程序開始。在電感器之放電程序期間，圖2中之三極體201關斷且三極體202接通，電感電流開始自峰值減低，當電感電流減低至一PWM模式中之谷值時，放電結束。在一PFM模式中，當電感電流減低至0時，放電結束。在放電程序結束之後，在PWM模式中下一充電程序立即開始，且在PFM模式中充電程序中止或下一充電程序開始。
作為一實例，當必須偵測電感電流之峰值時，可偵測在電感器之充電程序期間的電感電流。因此，當三極體201接通且三極體202關斷以對電感器充電時，三極體201上之電流等於電感器203上之電流，電感信號偵測單元241可偵測圖2中之點SW處之電壓Vsw，且藉由以下方程式獲得電感電流： IL=(Vin-Vsw)/R1 方程式(1)， 其中Vin係電壓轉換器之一輸入電壓，Vsw係三極體201與電感器之間的連接點SW處之一電壓，R1係處於一接通狀態之三極體201之電阻。電感信號偵測單元241可藉由電感電流IL而獲得電感電流之峰值IL_peak。
作為一實例，當必須偵測電感電流之谷值時，可偵測在電感器之放電程序期間達到的一谷值。因此，當三極體201關斷且三極體202接通以對電感器充電時，在三極體202中流動之電流等於電感器203上之電感電流。此處，將其中在一PWM模式中電感電流降低至低於零之一情況視為一實例以用於下文圖解。當充電剛剛結束且放電程序開始時，由於電感器之電流之一保持特性，電感電流沿自三極體202至電感器203之一方向流動且逐漸減低，點SW處之一電壓Vsw為負。當電感電流減低至零時，改變為自電感器203至三極體202之一方向且逐漸增加，電壓Vsw為正。當放電程序完成時，電感器上之電流達到谷值IL_valley。因此，在三極體201關斷且三極體202接通以對電感器放電之程序期間，電感信號偵測單元241可偵測圖2中之點SW之電壓Vsw，且藉由以下方程式(2)獲得電感電流： IL=Vsw/R2 方程式(2)
其中Vsw係三極體201與電感器之間的連接點SW上之電壓，R2係處於一接通狀態之三極體202之電阻。電感信號偵測單元241可藉由電感電流IL而獲得電感電流之谷值IL_valley。即，電感信號偵測單元241可藉由偵測三極體202之最大正電壓而獲得電感電流之谷值IL_valley。
上文僅示意性地繪示電感信號偵測單元241偵測電感電流之峰值IL_peak及谷值IL_valley之一模式。替代地，電感信號偵測單元241可進一步偵測電感器203與負載之間的連接點處之一電流以獲得峰值IL_peak及谷值IL_valley。
在模式控制裝置240中，可記錄第一切換判定單元242及第二切換判定單元243之判定結果，且根據判定結果而判定電壓轉換器是否以連續控制模式或不連續控制模式操作。
當電壓轉換器以連續控制模式操作時，第一切換判定單元242可基於電感電流之峰間值ΔIL及由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley而判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式，其中谷值IL_valley為負，如由以下方程式(3)所示：
其中ILoad係由電壓轉換器供電之負載上之負載電流，ΔIL係在電壓轉換器中之電感器上流動之電感電流之峰間值，｜IL_valley｜係電感電流之谷值IL_valley之一絕對值。當負載電流ILoad小於或等於峰間值ΔIL的一半減去谷值IL_valley的絕對值時，連續控制模式切換至不連續控制模式，當負載電流ILoad大於峰間值ΔIL的一半減去谷值IL_valley的絕對值時，維持當前連續控制模式。
當電壓轉換器以PWM模式操作時，電感電流之峰間值ΔIL可表達為以下方程式(4)： 其中Tsw係電壓轉換器之一工作週期且等於接通時間Ton與關斷時間Toff之一總和，Vin係電壓轉換器之一輸入電壓，Vout係電壓轉換器之一輸出電壓，L係電壓轉換器中之電感器(圖2中之203)之一電感值。在電壓轉換器經良好設計之後，方程式(4)之右側上之全部參數基本恆定，電感電流之峰間值ΔIL亦基本恆定，其等可經預先計算。因此，第一切換判定單元242可獲得負載電流ILoad，自電感信號偵測單元241接收電感電流之谷值IL_valley，且基於方程式(3)判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。可藉由現有技術或未來可能出 現的多種技術獲得負載電流ILoad，且特定獲得技術不構成對本申請案之實施例之一限制。例如，負載電流ILoad可由憑藉電壓轉換器驅動之一負載模組饋送，或者可藉由偵測圖2中所示之點Vout處之一電流而獲得。
如圖4中所示，當電壓轉換器以PWM模式操作時，由電壓轉換器供電之負載逐漸減低，且負載電流ILoad亦逐漸減低。當負載電流ILoad大於峰間值ΔIL的一半減去谷值IL_valley的絕對值時，電壓轉換器維持在PWM模式中以執行充電及放電操作。當負載電流ILoad小於或等於峰間值ΔIL的一半與谷值IL_valley的絕對值之間的一差(圖4中之切換點1)時，電壓轉換器自PWM模式切換至PFM模式。
相較於在先前技術中當負載電流ILoad減低為小於或等於ΔIL/2時自PWM模式切換至PFM模式，本發明可在負載電流ILoad減低為ΔIL/2-｜IL_valley｜時自PWM模式切換至PFM模式。電感電流之谷值的絕對值係相對於先前技術添加的一滯後分量，其可降低雜訊對電壓轉換器之切換之影響，以避免電壓轉換器中之頻繁模式切換。
替代地，第一切換判定單元242可未獲得負載電流ILoad，而僅基於由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley而判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。在電壓轉換器中，當負載電流減低時，電感電流之谷值亦減低；當負載電流增加時，電感電流之谷值亦增加。兩者之間的一對應關係展示為以下單調函數F1：ILoad=F1(IL_valley) 方程式(5)
藉由將方程式(5)代入至上述方程式(3)中可知曉，僅基於電感電流之谷值IL_valley可判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。因此，可基於方程式(5)與峰間值ΔIL之函數對應而預設一谷值臨限值(valley threshold)。當由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley小於或等於谷值臨限值時，連續控制模式切換至不連續 控制模式。當由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley大於谷值臨限值時，維持當前連續控制模式。
當電壓轉換器之一使用者預期根據不同應用設定負載電流之不同最小值ILoad_min，即，針對一特定應用預先判定負載電流之最小值ILoad_min時，根據方程式(3)可獲得方程式(6)：
由於根據上述方程式(4)可獲得電感電流之峰間值ΔIL，故判定負載電流之最小值ILoad_min，因此根據方程式(6)可導出以下者：當在電感電流小於零時偵測的谷值IL_valley滿足方程式(6)時，當前連續控制模式切換至不連續控制模式；當在電感電流小於零時偵測的谷值IL_valley不滿足方程式(6)時，維持當前連續控制模式。另外，若相對於不同應用設定負載電流之最小值ILoad_min，則根據方程式(6)可容易獲得電感電流之谷值臨限值，以便促進藉由設定谷值臨限值而相對於於不同應用靈活控制自連續控制模式至不連續控制模式之切換。
當電壓轉換器以不連續控制模式操作時，第二切換判定單元243基於經偵測電感電流IL之峰值IL_peak或谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式。作為一實例，第二切換判定單元243可獲得負載電流，且基於以下方程式(7)而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式：ILoad>a．IL_peak 方程式(7)，其中ILoad係由電壓轉換器供電之負載上之負載電流，a係大於或等於1/2且小於1之一常數。a的值通常係1/2、2/3等。當所獲得負載電流ILoad滿足方程式(7)時，第二切換判定單元243判定自不連續控制模式切換至連續控制模式。當所獲得負載電流ILoad不滿足方程式(7)時，第二切換判定單元243判定維持當前不連續控制模式。可藉由現 有技術或未來可能出現的多種技術獲得負載電流，且用於獲得負載電流之方式不構成對本申請案之實施例之一限制。
當負載電流減低時，電感電流之峰值亦減低；當負載電流增加時，電感電流之峰值亦增加。當電壓轉換器之負載增加使得必須增加負載電流時，若負載電流增加以滿足方程式(7)，則由不連續控制模式中之電感電流表示之電能轉換能力可不再滿足負載要求。必須退出不連續控制模式且切換至連續控制模式，以便提供滿足負載電流之要求之更強電能轉換能力。
第二切換判定單元243可使由電感信號偵測單元241偵測之電感電流小於或等於一峰值臨限值IL_peak_th且大於或等於一谷值臨限值IL_valley_th，且基於電感電流之峰值IL_peak及谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式，此通常將結合不連續控制模式係PFM模式之一情況進行描述。
作為一實例，在不連續控制模式係PFM模式之情況中，第二切換判定單元243可包含：一限制組件243a，其用於基於由電感信號偵測單元241偵測之電感電流而將電感器之電感電流限制為小於或等於峰值臨限值IL_peak_th且大於或等於谷值臨限值IL_valley_th；一切換判定組件243b，其用於基於經偵測電感電流之峰值IL_peak或谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式。
通常，在電壓轉換器之充電程序中，三極體202關斷，三極體201接通，限制組件243a比較由電感信號偵測單元241偵測之電感電流與峰值臨限值IL_peak_th。當經偵測電感電流增加而等於峰值臨限值IL_peak_th時，三極體202關斷且三極體202接通且放電，以便將電感電流限制為小於峰值臨限值IL_peak_th。在電壓轉換器之放電程序中，三極體201關斷，三極體202接通，且限制組件243a比較由電感信號偵測單元241偵測之電感電流與谷值臨限值IL_valley_th。當經偵測 電感電流減低而等於峰值臨限值IL_peak_th時，其使三極體201及202關斷以停止充電及放電操作，直至下一充電操作開始，使得將電感電流限制為大於谷值臨限值IL_valley_th。
作為一實例，限制組件243a可根據以下方程式(8)判定在PFM模式中電感電流之峰值臨限值IL_peak_th。
IL_peak_th=ILoad_min/a 方程式(8)，其中ILoad_min係由電壓轉換器供電之負載上之最小負載電流，a係大於或等於1/2且小於1之一常數。最小負載電流ILoad_min係一預設值，其在不同應用中可不同。常數a通常係1/2、2/3等。谷值臨限值IL_valley_th可為一預設值且小於峰值臨限值IL_peak_th，其可等於0、或大於0或小於0。
當電壓轉換器以不連續控制模式操作時，切換判定組件243b可獲得負載電流，且比較所獲得負載電流與峰值臨限值IL_peak_th，且根據上述方程式(7)判定是否自PFM模式切換至PWM模式。替代地，切換判定單元243b可基於由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley而判定是否自PFM模式切換至PWM模式。當由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley等於谷值臨限值IL_valley_th時，切換判定組件243b判定維持當前PFM模式。當由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley大於谷值臨限值IL_valley_th時，切換判定組件243b判定自PFM模式切換至PWM模式。
下文結合圖4描述自PFM模式切換至PWM模式。當電壓轉換器以PFM模式操作時，電感電流介於峰值臨限值IL_peak_th與谷值臨限值IL_valley_th(在圖4中為0)之間，且電壓轉換器由於負載電流ILoad相對較低而處於一輕負載。應注意，一使用者可視需要改變PFM模式中之峰值臨限值IL_peak_th及谷值臨限值IL_valley_th以適應不同應用。
根據圖4可見，在PFM模式中，當電壓轉換器之負載相對較低時，電感器上之電感電流在某一時段內維持為零，亦即，電壓轉換器停止。在負載電流增加時，其中電感電流為零之時段逐漸縮短直至消失。當其中電感電流為零之時段消失時，由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley大於谷值臨限值IL_valley_th，切換判定組件243b判定自PFM模式切換至PWM模式。
如圖4中所示，當電壓轉換器限於在PFM模式中電感電流之峰值時，自PFM模式至PWM模式之切換點可藉由降低電感電流之峰值臨限值而降低。另外，在其中電壓轉換器之負載極輕之一情況中，降低電感電流之峰值臨限值可進一步縮減電壓轉換器中之電感器之接通時間，以改良電壓轉換器之操作效率。
在習知技術中，自連續控制模式切換至不連續控制模式之切換臨限值(ILoad=ΔIL/2)等於自不連續控制模式切換至連續控制模式之切換臨限值。當電壓轉換器在切換點附近操作時，可頻繁發生連續控制模式與不連續控制模式之間的切換，此增加電壓轉換器之輸出電壓漣波，且降低電壓轉換器之操作效率。在本申請案之實施例中，當負載電流大於或等於a．IL_peak時，不連續控制模式切換至連續控制模式；且當負載電流小於或等於ΔIL/2-|IL_valley |時，連續控制模式切換至不連續控制模式。因此，兩種模式之切換臨限值之間存在一滯後分量 a．IL_peak-(ΔIL/2-|IL_valley |)，且滯後可降低雜訊對電壓轉換器之切換之影響，以在電壓轉換器處於一輕負載狀態時降低輸出電壓之漣波。
應注意，當在電壓轉換器中執行模式控制時，除如上文描述模式控制裝置240包含第一切換判定單元242及第二切換判定單元243兩者外，模式控制裝置240亦可包含第一切換判定單元242及第二切換判定單元243之僅一者。即，模式控制裝置240可僅包含電感信號偵測單 元241及第一切換判定單元242，以便控制電壓轉換器以自連續控制模式切換至不連續控制模式。或者，模式控制裝置240可僅包含電感信號偵測單元241及第二切換判定單元243，以便控制電壓轉換器以自不連續控制模式切換至連續控制模式。
圖5A1、圖5A2、圖5B1、圖5B2及圖5C繪示其中一降壓轉換器藉由使用一習知技術而在PWM模式與PFM模式之間切換之一模擬結果。模擬結果係基於以下條件執行：降壓轉換器之輸入電壓Vin係3.3V，降壓轉換器之輸出電壓Vout係1.8V，且降壓轉換器中之電感器之電感值係1.5μH(微亨)。
圖5A1及圖5A2展示當降壓轉換器藉由使用一習知技術自PWM模式切換至PFM模式時之負載電流及電感電流。一水平軸係以毫秒(ms)為單位之時間。圖5A1展示以毫安培(mA)為單位之負載電流ILoad，且圖5A2展示以毫安培(mA)為單位之電感電流IL。如圖5A1及圖5A2中所示，處於PWM模式中之降壓轉換器在負載電流係190.3mA時自PWM模式切換至PFM模式。
圖5B1及圖5B2展示當降壓轉換器藉由使用習知技術自PFM模式切換至PWM模式時之負載電流及電感電流。一水平軸係以毫秒(ms)為單位之時間。圖5B1展示以毫安培(mA)為單位之負載電流ILoad，且圖5B2展示以毫安培(mA)為單位之電感電流IL。如圖5B1及圖5B2中所示，處於PFM模式中之降壓轉換器在負載電流係197.2mA時自PWM模式切換至PFM模式。
圖5C展示使用習知技術之降壓轉換器之一輸出電壓。一水平軸係以微秒(μs)為單位之時間。一垂直軸展示以毫伏(mV)為單位之一輸出電壓Vout。如圖5C中所示，輸出電壓Vout之峰間值係37.6mV。
根據圖5A1、圖5A2、圖5B1、圖5B2及圖5C可見，其中PWM模式切換至PFM模式之負載電流190.3mA非常接近於其中PFM模式切換 至PWM模式之負載電流197.2mA，前者與後者之間存在一極小滯後，且降壓轉換器之輸出電壓之漣波相對較大(峰間值係37.6mV)。
圖6A1、圖6A2、圖6B1、圖6B2及圖6C繪示其中一降壓轉換器藉由使用根據本申請案之一技術而在一PWM模式與一PFM模式之間切換之一模擬結果。圖6之模擬結果所基於之條件與圖5之條件相同，即，降壓轉換器之輸入電壓Vin係3.3V，降壓轉換器之輸出電壓Vout係1.8V，且降壓轉換器中之電感器之電感值係1.5μH(微亨)。在PFM模式中，電感電流將進一步限制為小於或等於峰值臨限值且大於或等於谷值臨限值。
圖6A1及圖6A2展示在自PWM模式切換至PFM模式之後降壓轉換器之負載電流及電感電流。降壓轉換器根據上述方程式(3)執行自PWM模式至PFM模式之切換。一水平軸係以毫秒(ms)為單位之時間。圖6A1展示以毫安培(mA)為單位之負載電流ILoad，且圖6A2展示以毫安培(mA)為單位之電感電流IL。如圖6A1及圖6A2中所示，處於PWM模式中之降壓轉換器在負載電流係43.05mA時自PWM模式切換至PFM模式。
圖6B1及圖6B2展示在自PFM模式切換至PWM模式之後降壓轉換器之負載電流及電感電流。降壓轉換器根據上述方程式(7)執行自PFM模式至PWM模式之切換，其中常數a等於1/2。一水平軸係以毫秒(ms)為單位之時間。圖6B1展示以毫安培(mA)為單位之負載電流ILoad，且圖6B2展示以毫安培(mA)為單位之電感電流IL。如圖6B1及圖6B2中所示，處於PFM模式中之降壓轉換器在負載電流係71.55mA時自PFM模式切換至PWM模式。
圖6C展示藉由使用本申請案之技術之降壓轉換器之一輸出電壓。一水平軸係以微秒(μs)為單位之時間。一垂直軸展示以毫伏(mV)為單位之一輸出電壓Vout。如圖6C中所示，輸出電壓Vout之峰間值係 13.6mV，其遠小於圖5C中之37.6mV。
根據圖6A1、圖6A2、圖6B1、圖6B2及圖6C可見，其中PWM模式切換至PFM模式之負載電流43.05mA遠小於其中PFM模式切換至PWM模式之負載電流71.55mA，前者與後者之間存在28.5mA之一滯後，且降壓轉換器之輸出電壓之漣波相對較小，峰間值係13.6mV。另外，藉由使用本申請案之技術，降壓轉換器進一步可在一相對較小負載電流下執行模式切換，此可改良處於輕負載狀態之降壓轉換器之操作效率。
圖7係示意性地繪示根據本申請案之一實施例之一模式控制方法700之一流程圖。模式控制方法700適用於控制一電壓轉換器以在一連續操作模式與一不連續操作模式之間切換。電壓轉換器將一輸入電壓轉換至一輸出電壓Vout，該輸出電壓Vout可用於供電給一負載。電壓轉換器可包含一升壓轉換器、一降壓轉換器或一升降壓轉換器，且可為例如結合圖2描述之電壓轉換器。模式控制方法700進一步可應用於將交流轉換至直流之一電壓轉換器。
作為一實例，模式控制方法700所應用於之電壓轉換器可包含：一電壓轉換電路，其包含一控制裝置及一電感器，該電感器能夠執行充電及放電操作，該控制裝置用於在一驅動信號之驅動下操作以控制電感器之充電及放電操作；及一邏輯驅動單元，其用於調整電壓轉換電路之一操作模式，且產生用於驅動控制裝置之驅動信號，以便獲得一所要輸出電壓。
如圖7中所示，模式控制方法700可包含：偵測在電壓轉換電路中之一電感器上流動之電感電流，且輸出經偵測電感電流IL之一峰值IL_peak及一谷值IL_valley之至少一者(S710)；當電壓轉換器以連續控制模式操作時，可基於電感電流之一峰間值及經偵測電感電流之谷值IL_valley而判定是否自一連續控制模式切換至一不連續控制模式 (S720)；當電壓轉換器以不連續控制模式操作時，可基於經偵測電感電流IL之峰值IL_peak或谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式(S730)。在下文中，將連續操作模式係一PWM模式且不連續操作模式係一PFM模式之一情況視為一實例以描述模式控制方法700之操作。
在S710中偵測電壓轉換電路中之電感器(例如，圖2中之電感器203)上流動之電流。作為一實例，可偵測圖2中之電壓轉換電路中之點SW處之電流。基於電感電流可判定電感器上之峰值及谷值，且藉由峰值及谷值而判定控制模式之切換。
可採取各種技術來偵測電感器上流動之電感電流。例如，可使用具有一極小電阻之一電阻器來分離來自電感器之電流信號之一小部分。或者，可使用一功率管(例如，MOSFET)之一線性電阻區域來偵測電感電流，且相應地，當其在線性電阻區域中操作時，可藉由偵測功率管之一源極與一汲極之間的一電壓而偵測電感信號。如所採取的用於偵測電感信號之技術不構成對本申請案之實施例之一限制。替代地，在S710中，進一步可偵測圖2中之電壓轉換電路中之點SW處之電壓，以便獲得電感電壓且輸出經偵測電感電壓之峰值或谷值。
如上文結合圖4描述，當必須偵測電感電流之峰值時，可偵測在電感器之充電程序期間的電感電流。作為一實例，當圖2中之三極體201接通且三極體202關斷時，可偵測點SW處之電壓Vsw，且藉由上述方程式(1)可獲得電感電流。
當必須偵測電感電流之谷值時，可偵測在電感器之放電程序期間達到的一谷值。作為一實例，當三極體201關斷且三極體202接通以對電感器放電時，可偵測圖2中之點SW處之電壓Vsw，藉由上述方程式(2)可獲得電感電流，且基於電感電流IL可獲得電感電流之谷值IL_valley。
上文僅示意性地繪示在S710中偵測電感電流之峰值及谷值之一模式。替代地，進一步可偵測電感器與負載之間的連接點上之電流以獲得電感電流之峰值及谷值。
在S720中，當電壓轉換器以一連續控制模式操作時，基於電感電流之一峰間值ΔIL及在S710中偵測之電感電流之谷值IL_valley而判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。作為一實例，可基於上述方程式(3)判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。當電壓轉換器之負載電流及電感電流滿足上述方程式(3)時，連續控制模式切換至不連續控制模式。當電壓轉換器之負載電流及電感電流不滿足上述方程式(3)時，維持當前連續控制模式。如上文結合方程式(4)描述，當電壓轉換器以一PWM模式操作時，可基於方程式(4)預先計算電感電流之峰間值ΔIL。
如圖4中所示，當電壓轉換器以PWM模式操作時，若由電壓轉換器供電之負載逐漸減低，則負載電流ILoad亦逐漸減低。當負載電流ILoad小於或等於峰間值ΔIL的一半與谷值IL_valley的一絕對值之間的一差(圖4中之切換點1)時，電壓轉換器自PWM模式切換至一PFM模式；否則，電壓轉換器維持在PWM模式且持續地執行充電及放電操作。
相較於在先前技術中當負載電流ILoad減低為小於或等於ΔIL/2時自PWM模式切換至PFM模式，本發明可在負載電流ILoad減低為ΔIL/2-｜IL_valley｜時自PWM模式切換至PFM模式。電感電流之谷值的絕對值係相對於先前技術添加的一滯後分量，其可降低雜訊對電壓轉換器之切換之影響，以便降低電壓轉換器之輸出電壓之漣波。
替代地，在S720中可不一定獲得負載電流ILoad，而是僅基於經偵測電感電流之谷值IL_valley來判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。在電壓轉換器之連續控制模式中，當負載電流減低時， 電感電流之谷值亦減低；當負載電流增加時，電感電流之谷值亦增加。如由方程式(5)中所示，存在兩者之間的一單調對應。藉由將方程式(5)代入至上述方程式(3)中可見，僅基於電感電流之谷值IL_valley可判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。相應地，可預設電感電流之一谷值臨限值。當經偵測電感電流之谷值小於或等於谷值臨限值時，連續控制模式切換至不連續控制模式。當經偵測電感電流之谷值大於谷值臨限值時，維持當前連續控制模式。
當電壓轉換器之一使用者預期相對於不同應用設定負載電流之不同最小值ILoad_min，即，針對一特定應用預先判定負載電流之最小值ILoad_min時，根據上述方程式(6)基於經偵測電感電流之谷值可判定是否自連續控制模式切換至不連續控制模式。若針對不同應用設定負載電流之不同最小值ILoad_min，則根據方程式(6)可容易獲得電感電流之谷值臨限值，以便促進藉由設定不同應用中之谷值臨限值而靈活控制自連續控制模式至不連續控制模式之切換。
在S730中，當電壓轉換器以不連續控制模式操作時，基於經偵測電感電流IL之峰值IL_peak或谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式。作為一實例，可獲得負載電流，且可基於上述方程式(7)判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式。當經偵測負載電流ILoad滿足方程式(7)時，判定自不連續控制模式切換至連續控制模式；當經偵測負載電流ILoad不滿足方程式(7)時，判定維持當前不連續控制模式。
當負載電流減低時，電感電流之峰值亦減低。當負載電流增加時，電感電流之峰值亦增加。當電壓轉換器之負載增加使得必須增加負載電流時，若負載電流增加以滿足方程式(7)，則由不連續控制模式中之電感電流表示之電能轉換能力可不再滿足負載要求。必須退出不連續控制模式且切換至連續控制模式，以提供滿足負載電流之要求 之更強電能轉換能力。
視情況，可將電感電流限制為小於或等於峰值臨限值IL_peak_th且大於或等於谷值臨限值IL_valley_th，且基於經偵測電感電流之峰值IL_peak或谷值IL_valley而判定是否自不連續控制模式切換至連續控制模式，此將結合不連續控制模式係PFM模式之一情況進行描述。作為一實例，模式控制方法700通常可進一步包含：當電壓轉換器以不連續控制模式操作時，基於經偵測感測電流而將電感器之電感電流限制為小於或等於峰值臨限值IL_peak_th且大於或等於谷值臨限值IL_valley_th(S731)。
在S731中，可藉由控制圖2中之三極體201及202接通及關斷而將電感電流控制在峰值臨限值IL_peak_th與谷值臨限值IL_valley_th之間。作為一實例，可根據上述方程式(8)判定PFM模式中電感電流之峰值臨限值IL_peak_th。谷值臨限值IL_valley_th可為一預設值且小於峰值臨限值IL_peak_th，其可等於0、或大於0或小於0。
當電壓轉換器以PFM模式操作且電感電流限制於峰值臨限值IL_peak_th與谷值臨限值IL_valley_th之間時，在S730中，可獲得負載電流，且比較所獲得負載電流與峰值臨限值IL_peak_th，且根據上述方程式(7)判定是否自PFM模式切換至PWM模式。替代地，在S730中，可基於經偵測電感電流之谷值IL_valley進一步判定是否自PFM模式切換至PWM模式中。當經判定電感電流之谷值IL_valley等於谷值臨限值IL_valley_th時，判定維持當前PFM模式；當由電感信號偵測單元241偵測之電感電流之谷值IL_valley大於谷值臨限值IL_valley_th時，判定自PFM模式切換至PWM模式。
當在不連續控制模式中限制電壓轉換器之電感電流之峰值時，自不連續控制模式至連續控制模式之一切換點可藉由降低電感電流之峰值臨限值而降低。另外，在電壓轉換器之負載極輕之一情況中，降 低電感電流之峰值臨限值可進一步縮減電壓轉換器中之電感器之接通時間，以改良電壓轉換器之操作效率。應注意，在不同應用中，使用者可視需要改變不連續控制模式中之電感電流之峰值臨限值IL_peak_th及谷值臨限值IL_valley_th。
在本申請案中，連續控制模式與不連續控制模式之切換臨限值之間存在一滯後分量，且滯後可降低雜訊對電壓轉換器之切換之影響，以便在電壓轉換器處於一輕負載狀態時降低輸出電壓之漣波。
當電壓轉換器執行模式控制時，除模式控制方法700包含步驟S720及步驟S730兩者之外，模式控制方法700亦可包含步驟S720及步驟S730之一者。即，模式控制方法700可僅包含步驟S710及步驟S720，以便控制電壓轉換器以自連續控制模式切換至不連續控制模式。或者，模式控制方法700可僅包含步驟S710及步驟S730，以便控制電壓轉換器以自不連續控制模式切換至連續控制模式。
在本文中描述之各種實例中，引用三極體。將瞭解，此等三極體可包含電晶體，諸如場效電晶體(FET)。此等FET可包含例如MOSFET裝置及/或以其他程序技術實施之電晶體。可利用其他類型的電晶體來實施本揭示內容之一或多個特徵。
熟習此項技術者可瞭解，為方便且簡單描述，上文描述之方法實施例之特定實施方案可涉及前述產品實施例中之對應程序。
一般技術者可明白，參考本申請案中揭示之實施例描述之裝置及演算法步驟可透過電子硬體或電子硬體及軟體之一組合實施。至於各特定應用，熟習此項技術者可使用不同方法來實施所描述之功能，但此等實施方案不應解釋為超出本發明之範疇。
上文描述之技術解決方案之原理及優點適用於任何電壓轉換器。電壓轉換器可應用於多種電子設備中，其等可包含(但不限於)：一電子產品、一電子產品之一部分、電子測試設施等。消費性電子產 品可包含(但不限於)：一智慧型電話、一TV、一平板電腦、一監視器、一個人數位助理、一相機、一音訊播放器、一記憶體等。消費性電子產品之一部分可包含一多晶片模組、一功率放大器模組等。
上述僅係本技術解決方案之特定實施方案，但本技術解決方案之範疇不限於此，且熟習此項技術者可設想之任何替代物及等效物應涵蓋於本技術解決方案之保護範疇內。
IL‧‧‧電感電流
ΔIL‧‧‧電感電流之峰間值
IL_valley‧‧‧電感電流之谷值
ILoad‧‧‧負載電流

Claims (24)

  1. 一種電壓轉換器，其包括：一電壓轉換電路，其包含一電感器，該電感器經組態以經充電及放電以促進一輸入電壓至一輸出電壓之轉換，該電壓轉換電路進一步包含一開關，該開關經組態以容許對該電感器充電及放電；一邏輯驅動單元，其經組態以將一驅動信號提供至該開關，以控制該電感器之該充電及放電；及一模式控制單元，其經組態以將一模式切換信號提供至該邏輯驅動單元以基於一第一切換臨限值控制自一連續控制模式至一不連續控制模式之切換，且基於與該第一切換臨限值不同的一第二切換臨限值控制自該不連續控制模式至該連續控制模式之切換。
  2. 如請求項1之電壓轉換器，其中該開關包含一電晶體。
  3. 如請求項1之電壓轉換器，其進一步包括一回饋電路，該回饋電路經組態以接收該電壓轉換電路之一輸出回饋且調整該電感器之該充電及放電之該控制以獲得該輸出電壓之一所要值。
  4. 如請求項1之電壓轉換器，其中該模式控制單元進一步經組態以基於與該電感器相關聯之一電感電流(IL)而將該模式切換信號提供至該邏輯驅動單元。
  5. 如請求項2之電壓轉換器，其中該連續控制模式包含一脈衝寬度調變(PWM)模式，且該不連續控制模式包含一脈衝頻率調變(PFM)模式。
  6. 如請求項5之電壓轉換器，其中該模式控制單元包含一電感信號偵測單元，該電感信號偵測單元經組態以偵測該電感電流IL且輸 出該經偵測電感電流之一峰值IL_peak及一谷值IL_valley之至少一者。
  7. 如請求項6之電壓轉換器，其中該模式控制單元進一步包含一第一切換判定單元及一第二切換判定單元。
  8. 如請求項7之電壓轉換器，其中該第一切換判定單元經組態以基於該電感電流IL之一峰間值ΔIL及由該電感信號偵測單元偵測之該電感電流之該谷值IL_valley而判定是否自該連續控制模式切換至該不連續控制模式。
  9. 如請求項8之電壓轉換器，其中該第一切換臨限值具有(ΔIL/2)-|IL_valley|之一值，使得當由該電壓轉換器供電之一負載上之一負載電流ILoad小於或等於該第一切換臨限值時，該第一切換判定單元判定是否自該連續控制模式切換至該不連續控制模式。
  10. 如請求項9之電壓轉換器，其中該量|IL_valley|係一滯後分量，其能夠降低雜訊對該電壓轉換器之切換之影響，以便避免該電壓轉換器中之頻繁模式切換。
  11. 如請求項8之電壓轉換器，其中該第一切換臨限值具有該電感電流之該谷值IL_valley之一選定值。
  12. 如請求項11之電壓轉換器，其中由該電壓轉換器供電之一負載上之一負載電流ILoad具有與該電感電流之該谷值IL_valley之一單調函數關係。
  13. 如請求項12之電壓轉換器，其中該負載電流ILoad包含一可選擇最小值ILoad_min以滿足一關係|IL_valley|(ΔIL/2)-ILoad_min，使得當在該電感電流小於零時偵測的該谷值IL_valley滿足該關係時，該連續控制模式切換至該不連續控制模式，且當在該電感電流小於零時偵測的該谷值IL_valley不滿足該關係時，維持該連續控制模式。
  14. 如請求項13之電壓轉換器，其中可相對於不同應用選擇該負載電流之該最小值ILoad_min容許根據該關係容易地獲得該電感電流之谷值臨限值，以便促進靈活控制自該連續控制模式至該不連續控制模式之該切換。
  15. 如請求項8之電壓轉換器，其中該第二切換判定單元經組態以基於由該電感信號偵測單元偵測之該電感電流之該峰值或該該谷值之至少一者而判定是否自該不連續控制模式切換至該連續控制模式。
  16. 如請求項15之電壓轉換器，其中該第二切換臨限值具有a．IL_peak之一值，使得當由該電壓轉換器供電之一負載上之一負載電流ILoad大於該第二切換臨限值時，該第二切換判定單元判定是否自該不連續控制模式切換至該連續控制模式，該量a係大於或等於1/2且小於1之一常數。
  17. 如請求項16之電壓轉換器，其中該第二切換判定單元進一步經組態以獲得小於或等於一峰值臨限值IL_peak_th且大於或等於一谷值臨限值IL_valley_th之該電感電流，且基於該電感電流之該峰值IL_peak及該谷值IL_valley而判定是否自該不連續控制模式切換至該連續控制模式。
  18. 如請求項17之電壓轉換器，其中該第二切換判定單元包含一限制組件，該限制組件經組態以基於該感測電流而將該電感器之該電感電流限制為小於或等於該峰值臨限值IL_peak_th且大於或等於該谷值臨限值IL_valley_th。
  19. 如請求項18之電壓轉換器，其中該限制組件經組態以根據一關係IL_peak_th=ILoad_min/a而判定在該PFM模式中該電感電流之該峰值臨限值IL_peak_th，該量a係大於或等於1/2且小於1之一常數。
  20. 如請求項18之電壓轉換器，其中該第二切換判定單元進一步包括一切換判定組件，該切換判定組件經組態以基於該經偵測電感電流之該峰值IL_peak或該谷值IL_valley而判定是否自該不連續控制模式切換至該連續控制模式。
  21. 一種用於操作一電壓轉換器之方法，該方法包括：執行切換操作以對一電感器充電及放電以促進一輸入電壓至一輸出電壓之轉換；提供一驅動信號以促進該等切換操作；及產生用以基於一第一切換臨限值而控制自一連續控制模式至一不連續控制模式之間的切換之一第一模式切換信號，及用以基於與該第一切換臨限值不同的一第二切換臨限值而控制自該不連續控制模式至該連續控制模式之間的切換之一第二模式切換信號。
  22. 一種電子設備，其包括：一電力管理系統，其經組態以提供一供應電壓；一模組，其經組態以提供該電子設備之一或多個功能性，該模組進一步經組態以利用基於該供應電壓之一經調節電壓；及一電壓轉換器，其經組態以接收該供應電壓且產生該經調節電壓，該電壓轉換器包含一電壓轉換電路，其具有一電感器，該電感器經組態以經充電及放電以促進一輸入電壓至一輸出電壓之轉換，該電壓轉換電路進一步具有一開關，該開關經組態以容許對該電感器充電及放電，該電壓轉換器進一步包含一邏輯驅動單元，該邏輯驅動單元經組態以將一驅動信號提供至該開關以控制該電感器之該充電及放電，該電壓轉換器進一步包含一模式控制單元，該模式控制單元經組態以將一模式切換信號提供至該邏輯驅動單元以基於一第一切換臨限值控制自一連 續控制模式至一不連續控制模式之切換，且基於與該第一切換臨限值不同的一第二切換臨限值控制自該不連續控制模式至該連續控制模式之切換。
  23. 如請求項22之電子設備，其中該電子設備係由一電池供電之一可攜式裝置。
  24. 如請求項23之電子裝置，其中該可攜式裝置包含一行動電話、一平板電腦、一顯示器、一電子書閱讀器或一可攜式數位媒體顯示器。
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