TWI353102B - Step-up/step-down type dc-dc converter, and contro - Google Patents

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Description

九、發明說明： 相關申請案之對照參考資料 此申請案係根據並主張先前於2006年6月16日提申的 曰本專利申請案第2006-167677號之優先權，其整個内容於 此被併入參考。 t發明所屬之技術領域;j 發明領域 該領域有關一種步升/步降型直流對直流變換器及其 控制電路與控制方法，更特別是有關一種能夠降低切換元 件的平均切換頻率與實現高效率的步升/步降型直流對直 流變換器。 習知技藝說明 在一步升/步降型直流對直流變換器中，一用於將能量 從一輸入侧累積到一電感器的狀態（1)以及用於從該電感器 將能量釋放到一輸出側的狀態（2)係藉由切換元件的開/關 操作在一預定頻率下交替地重複，該電感器係連接至三個 端，一電壓輸入端、電壓輸出端及參考電位。 在美國專利第6,〇87,816號中所揭露的一種步升/步降 型直流對直流變換器中，更提供有一用於經由一電感器將 一電壓輸入端連接至一電壓輸出端、並供應能量至一輸出 的狀態(3)。在一個時脈週期中，在該狀態與狀態之間 或是在該狀態(2)與狀態（3)之間的切換被執行。 此外，美國專利第6,275,016號、曰本公開未審查專利 申請案第2005-192312號、日本公開未審查專利申請案第 S55-68877號、美國專利第5,4〇2,〇6〇號、美國專利第 4,395,675號以及曰本公開未審查專利申請案第556141773 號被揭露作為與上述的相關技蔽。 近來對於微型化與變輕電性裝置的要求已提升了電感 的微型化，其導致對於抑制電感器電流的—峯對桊電流值 的必要性，以至於一切換頻率增加且一切換損失傾向增 加。因此’降低切換頻率同時抑制電感器電流以降低切換 損失疋必要的。然而，降低切換頻率並未揭露於美國專利 第6,087,816號，且切換損失不能被降低，其造成一問題。 【^^明内3 發明概要 為了解決至少一個背景技藝之問題，並且目標是提供 一種步升/步降型直流對直流變換器，其能夠降切換元件的 每一單位間之切換次數、一平均切換頻率，同時抑制電感 器電流的峯對峯電流值、並能夠實現高效率。 圖式簡單說明 第1圖是一步升/步降型直流對直流變換器1的電路圖； 第2圖是一顯示一狀態（1)的電路圖； 第3圖是一顯示一狀態(2)的電路圖； 第4圖是一顯示一狀態（3)的電路圖； 第5圖是一第一實施例的狀態轉變圖； 第6圖是該第一實施例之直流對直流變換器1的波形 圖， 1353102 第7圖是一顯示傳統電路操作的波形圖； 第8圖是一第二實施例的狀態轉變圖；及 第9圖是該第二實施例之直流對直流變換器1的波形 5 【實施方式】 較佳實施例之詳細說明
一第一狀態是一種狀態其中該第一與第二切換元件為 ON。在此情況下，該電感元件的一端係連接至該電壓輸入 端，且其另一端係連接至該參考電位。在該第一狀態中， 10 能量係自該電壓輸入端側累積到該電感元件，且該電感器 電流隨著時間的推移以一固定陡斜率增加。一增加的斜率 係由（輸入電壓)/(電感值）來計算出。
一第二狀態是一種狀態其中第一與第二切換元件為 OFF。在此情況下，該電感元件的一端係連接至該參考電 15 位，且其另一端係連接至該電壓輸入端。在該第二狀態中， 該能量係從該電感元件釋放到該電壓輸出端側，且該電感 器電流隨著時間的推移以一固定陡斜率減少。一減少的斜 率係由-(輸出電壓)/(電感值）來計算出。 一第三狀態是一種狀態其中第一切換元件為ON且該 20 第二切換元件為OFF。在此情況下，該電感元件的一端係 連接至該電壓輸入端，且其另一端係連接至該電壓輸出 端。在該第三狀態中，當該輸入電壓係高於該輸出電壓時， 來自該電壓輸入端側之能量係累積到該電感元件、且同時 供應至該電壓輸出端側，並且該電感器電流隨著時間的推 7 1353102
移以一固定陡斜率增加。另一方面，當該輸入電壓係低於 該輸出電壓時，該能量係從該電感元件釋放到該電壓輸出 端側，且該電感器電流隨著時間的推移以一固定陡斜率減 少。在此時，第三狀態中該電感器電流的增加與減少的斜 5 率係分別小於該第一狀態中的增加斜率與該第二狀態中的 減少斜率。此外，當該輸入電壓接近該輸出電壓時，該第 三狀態中該電感器電流的增加/減少斜率變成近乎零。然 後，對於該第一與第二切換元件的傳導控制被執行以實現 該該第一、第二及第三狀態。 10 一第一期間操作包含該第二狀態且是一在一預定第一 期間中所執行的操作。在該第一期間操作的第二狀態中， 該電感器電流以該固定陡斜率減少。一第二期間操作包含 該第一與第三狀態且是一在一長於該第一期間的第二期間 中所執行的操作。在該第二期間操作的第一狀態中，該電 15 感器電流以該固定陡斜率增加。在該第二期間操作的第三 狀態中，該電感器電流以一比該第一狀態之斜率和緩的斜 率增加、或以一比該第二狀態之斜率和緩的斜率減少。然 後，該第一與第二期間操作被重複。 在該第二期間操作中，該第一狀態被切換至該第三狀 20 態，以至於該電感器電流的增加斜率被降低。因此，係能 防止該電感器的峯對峯電流值增加，且該第二期間操作的 第二期間在與該第一期間操作的第一期間比較下能被加 長。於是，該第一與第二切換元件的一平均切換頻率能被 降低，且產生於切換開/關的開關驅動損失與該開關在一切 8 換ON (0FF)至OFF (0N)的轉變狀態中的傳導損失能被降 低。因此，該直流對直流變換器的效率能被提升。 上述與另外的目標與新特徵將更完整地顯現自以下詳 細說明當其與該等附圖結合來讀取時。然而，所要明確地 理解的疋’圖式僅是為了說明的目的並且不想作為發明限 制的定義。第1圖是-步升/步降型直流對直流變換器（的電 路圖。此直流對直流變換器具有一所謂眺橋型切換調整 器之構造且包含：一扼流線圈L1;電晶體FET1，FET2，FET3 及FET4，一輸出電谷器ci ;及控制電路丨丨。一輸入端丁化 10係連接至该電晶體FET16i}沒極端，且一輸入電壓係輸入 到該F E T1。該電晶體F Ε Τ i的一源極端係連接至該扼流線圈 L1的一端Tx與該電晶體FET2的一汲極端，該電晶體fet2 的源極端係連接至一參考電位，該等電晶體^£丁1與1；]£丁2 的閘極端係分別連接至該控制電路的輸出端DH1與DL1。 15 1亥電晶體FET4的一錄端係連接至一輸出端Tout，且 該輸入電壓Vin係增加或減少要被輸出作為一輸出電壓 v〇m。用於累積經由該扼流線圈L1所供應之電源的輸出電 谷器ci係連接在該輸出端Tout與該參考電位之間。另外， 該輸出端Tom係連接至該控制電路u的一輸入端FB。該電 20晶體FET4的一源極端係連接至該扼流線圈L1的一端Ty與 該電晶體FET3的一汲極端，該電晶體FET3的一源極端係連 接至該參考電位，該等電晶體FET3與FET4的閘極端係分別 連接至輸出端DH2與DL2。此外，該輸入電壓Vin被供應至 3玄控制電路11作為一來源電壓Vcc。 9 1353102 該控制電路11的構造將被說明。一偵測一流經該扼流 線圈L1的電感器電流IL之電流感測信號Vs被輸入到一輸入 端CS，該輸入端FB係連接至一經由一電阻元件R2被連接至 該參考電位的電阻元件R1的一端，該等電阻元件R1與R2之 5 間的一連接點係連接至一誤差放大器ERA的一反相輸入 端。另外，一參考電壓el被施加至該誤差放大器ERA的一 非反相輸入端。一輸出信號Eout係輸出自該誤差放大器 ERA，該誤差放大器ERA的一輸出端係連接至一電壓比較 β 器C0MP1的一非反向輸入端，且該輸出信號Eout係輸入到 10 該C0MP1。此外，該輸入端CS係連接至該電壓比較器 C0MP1的一反向輸入端，且該電流感測信號Vs被輸入到該 COMP1。一輸出信號VI係輸出自該電壓比較器C0MP1。此 外，一時脈信號CLK係輸出自一振盪器0SC。該電壓比較 器C0MP1的一輸出端與該振盪器〇SC的輸出端係連接至一 15 狀態控制電路SC，該狀態控制電路SC的輸出端Q1與Q2係 分別連接至該等輸出端DH1與DH2，且輸出端*Q1與*Q2係 分別連接至該等輸出端DL1與DL2。控制信號VQ卜*VQ1， VQ2及*VQ2係分別輸出自該等輸出端φ，*Q1，Q2及， 該狀態控制電路SC根據該時脈信號CLK與輸出信號VI來 20 控制該等控制信號VQ1，*VQ1，VQ2及*VQ2。 該直流對直流變換器1之操作將被說明。在該直流對直 流變換器It，如第2圖至第4圖所示，該等狀態（1)，（2)及(3) 係根據該等電晶體FET1，FET2，FET3及FET4的ON與OFF 之組合而獲得。 10 當該等控制信號VQ1與VQ2為高位準 、且 *VQ1 與 *VQ2 為低位料，該等電晶體FET1與FET3為ON、且該FET2與 FET4為OFF。於是’如第2圖所示，該扼流線圈L1之端Τχ 係連接至胃輸入端Tin ’該端Ty係連接至該參考電位，並且 該狀態⑴被獲得。在該狀態⑴中，能量係從該輸入端Tin 側累積到雜流線圈U，且該電感器電流IL隨著時間的推 移以-固定陡斜率增加。在此時，其中該扼流線圈u的一 電感值被定義為L，一增加的斜率係由(vin/L)計算出。 當該等控制信號* VQ1與* VQ2為高位準、且VQ丨與VQ2 為低位準時’該等電晶體FET1與fET3為〇FF、且該FET2 與FET4為ON。於是’如第3圖所示，該扼流線圈L1之端Τχ 係連接至該參考電位，該端Ty係連接至該輸出端T〇ut，並 且該狀態(2)被獲得。在該狀態(2)中，該能量係自該扼流線 圈L1釋放至該輸出端Tout側，並且該電感器電流IL隨著時 間的推移以一固定陡斜率減少。在此時，一減少的斜率係 由-(Vin/L)來計算出。 當該等控制信號VQ1與*VQ2為高位準、且*VQ1與VQ2 為低位準時，該等電晶體FET1與FET4為ON、且該FET2與 FET3為OFF。於是，如第4圖所示，該扼流線圈li之端Τχ 係連接至該輸入端Tin，該端Ty係連接至該輸出端Tout，並 且該狀態（3)被獲得。在該狀態(3)中，當該輸入電壓Vin係 高於該輸出電壓Vout時，來自該輸入端Tin侧的能量被累積 到該扼流線圈L1、並且同時被供應至該輸出端Tout側，而 且該電感器電流IL隨著時間的推移以該固定陡斜率增加。 1353102 另一方面，當該輸入電壓Vin係低於該輸出電壓Vout時，該 能量係自該扼流線圈L1釋放至該輸出端Tout側，並且該電 感器電流IL隨著時間的推移以該固定陡斜率減少。在此 時’於該狀態(3)該電感器電流IL的增加與減少斜率係分別 5小於該狀態（1)中的增加斜率與該狀態(2)中的減少斜率。此 外，當該輸入電壓Vin接近該輸出電壓Vout時，該狀態（3) 中該電感器電流IL的增加/減少斜率變成零。 —第一實施例中的直流對直流變換器1之操作將參考 第5圖與第6圖來說明。該第一實施例中，如第5圖的一狀態 10轉變圖所示，一第一期間操作T01係由該狀態（1)與狀態(2) 構成，且一第二期間操作T〇2係由該狀態（1)與狀態（3)構 成。該等狀態（1) ’（2) ’（1)，（3) ’（1)，…係以此順序重複， 且該第一期間操作τ 01與第二期間操作T 0 2係交替地重複。 該第一實施例中的直流對直流變換器丨之操作將參考 15第6圖的一波形圖來說明。該時脈信號CLK包含一具有—基 本週期T的時脈。一輸出電流lout是該等狀態2與狀態3中流 動的電感器電流之平均。此處，一期間，其中該第一期間 操作T01被執行，被定義為一第一期間们，並且一期間， 其中該第二期間操作T〇2被執行，被定義為一第二期間 2〇 T2。該第一期間T1係使得等於該時脈信號CLK的基本週期 T，並且該第二期間T2係成為一如該第一期間丁1的11倍之長 的值。此處，η是2或更大的一自然數、並根據例如一負載 的波動或該輸入電壓Vin與輸出電壓v〇ut2間的關係而被 定義為一預定值。n=4的情況將被說明於本實施例。此外， 12 1353102 當該輸入電壓Vin接近一近乎等於該輸出電壓Vout之值並 且該狀態（3)中該電流感側信號Vs的一斜率係近乎零時的 操作將被說明於本實施例。 該第一期間操作τοι將被說明。在時間〖丨（第6圖）’該 5 狀態控制電路SC，根據該時脈信號CLK的時脈之上升緣’ 使得該控制信號*VQ2轉變至低位準且該控制信號VQ2轉 變至高位準。因此，該狀態（1)被設定，且該第一期間操作 TOl係開始。該狀態（丨）中，因為該扼流線圈L1接收來自該 輸入側之能量由於其自該輸出側阻擋，所以該電流感測信 10 號Vs以該陡斜率增加。
在時間t2，當該電流感測信號VS達到該輸出信號Eout 時，該電壓比較器COMP1的輸出信號VI從高位準轉變至低 位準。該狀態控制電路sc，根據一低位準輸出信號¥1的輸 入’使得該等控制信號VQ1與VQ2轉變至低位準且該等控 15制信號*ν(^與*VQ2轉變至高位準。因此，該狀態（1)被切 換至該狀態(2)。在該狀態（2)中，因為該扼流線圈L1自該輸 入側被阻擋、且同時連接至該輸出侧，所以該電流感測信 號Vs以該陡斜率減少。然後，該狀態(2)被維持直到下一個 時脈信號CLK被輸入。 接著，s玄第二期間操作τ〇2將被說明。在時間13，該狀 態控制電路sc，根據該時脈信號CLK之時脈的上升緣，使 得該等控制信EVQ1與VQ2轉變至高位準以及該等控靜 號*VQm*VQ2轉變至低位準，此，該狀態(2)被切換至 5亥狀態⑴。於是’該第一期間操作T〇1結束，且該第二期 13 1353102 間操作τ〇2係開始。在該狀態⑴中，該電流感測信號％以 該陡斜率增加》 在時間t4’ t該電流感測信號Vs達到該輸出信號^ 時，該電壓比較器COMP1的輸出信號V1從高位準轉變至低 5位準。該狀態控魏路SC，根據該低位準輸出信㈣的輸 =，使得該控制信號VQ2轉變至低位準以及該控制信號 *VQ2轉變至高位準。因此’該狀態⑴被切換至該狀態⑺。 然後，該狀態(3)被維持直到該第二期間丁2經過。該狀 態（3)中，因為該輸入電壓Vin接近該輸出電壓¥〇似，如第6 圖所示，δ玄電流感測信號vs的一斜率是近乎零。因此，該 電流感測信號Vs近乎保持在時間t4的—值不變換器。於 是’於該狀態(3)期間，近乎最大電流被維持在該扼流線圈 L1中。 在時間t8 ,該第二期間T2結束。然後，該狀態控制電 15路sc，根據該時脈信號CLK的上升緣，使得該控制信號 *VQ2轉變至低位準以及該控制信號VQ2轉變至高位準。因 此，該狀態(3)被切換至該狀態⑴。於是，該第二期間操作 T02結束，.且該第—期間操作丁⑴係開始。 在該第—期間操作T01的狀態（1)中，該電流感測信號 8以°亥陡斜率增加。此處，於該先前的第二期間T2中的狀 態⑶之期限’―最大電流感測信號Vs被維持。因此，因為 S玄電流感測信號1^在時間t8達到該輸出信號E0ut ,所以該 狀態⑴在該最小脈衝上期限後，在時間t9被切換至該狀態 (2)。 14 1353102 於是該等狀態（1)，（2)，⑴，⑶，⑴，係以此順序 重複，且該第-期間操作丁01與第二期間操作丁2係交替地 重複。然後’在-由第6圖中斜線所示的—區域中，該能量 被供應至該輸出端Tout側，以至於該電感器電流被供應至 5該負載並被累積至該輸出電容器C1。
此外，每一單位時間之切換次數係將參考第6圖來說 明。此處，該實施例中的切換被定義為次數其中該等電晶 體FET卜FET2，FET3及FET4每一個係以此順序成為〇FF， ON，OFF，或以此順序成為ON，OFF，ON。因此，一個 10 切換中存在有該傳導狀態的兩個轉變。在根據該第一實施 例第6圖之操作中，於一期間（=(η+ι)χΤ)其是該第一期間71 與該第二期間Τ2的總計，對於該等電晶體FET1與FET2，該 切換被執行一次。即，該等電晶體FET1與FET2每一個的每 一單位時間之切換次數SCI係由以下式子來表示。 15 SCI = 1/((η+1)χΤ)(次/秒)···式⑴ 同樣地，於該期間該切換(=(n+l)xT)其是該第一期間 T1與該第二期間T2的總計，對於該等電晶體FET3與FET4， 該切換被執行兩次。即，該等電晶體FET3與FET4每一個的 每一單位時間之切換次數SC2係由以下式子來表示。 20 SC2 = 2/((n+l)xT)(次/秒）..·式(2) 於是’每一個電晶體的切換次平均數ACS係由以下式 子來表示。 ASC = 1.5/((n+l)xT)(次/秒)..·式⑺ 另一方面，一傳統電路操作的一範例係顯示於第7圖。 15 1353102 在該傳統電路操作中，該等電晶體FETl，FET2，FET3及 FET4不在兩種期間中操作而是操作在相同的基本週期τ 中。因此，該等電晶體在該時脈號CLK的多數個時脈週期 不被控制。在此情況下，於兩個期間（=2xT)對於該等電晶 5 體FETl，FET2，FET3及FET4，該切換被執行一次。即， 該等電晶體FEU，FET2，FET3及FET4每一個的每一單位 時間之切換次數PSC係由以下式子來表示。 PSC = 1/(2χΤ)(次/秒）·.·式(4) 於是，該等式(3)及(4)顯露出當ng3時，該第一實施例 10 之切換次的平均數ASC係小於傳統切換次數psc。 如同上述詳細說明中，在根據該第一實施例的直流對 直流變換器1中，該狀態（1)於該第二期間操作T02被切換至 該狀態（3) ’以至於該電感器電流IL的增加斜率被降低。因 此，因為能防止該電感器電流IL的峯對峯電流值增加而不 15笞邊第一期間操作T02的第一期間T2之長度，所以該第二 期間操作T02的第二期間T2係能成為長於該第一期間操作 τοι的第一期間τι。此處，因為該第一期間T1是該時脈信 號CLK的一個時脈週期，所以藉由使該第二期間T2長於該 第一期間Τ1而能實現用於在該時脈信號CLK之該等多數個 20時脈週期控制該等電晶體之多時脈控制。因為該等電晶體 FET卜FET2，FET3及FET4的平均切換頻率能如此被降低， 所以產生再切換開/關時的切換驅動損失以及在切換⑽ (OFF)至OFF (ON)的-轉變狀態中開關的傳導損失能被降 低。因此，該直流對直流變換器的效率能被提升。 16 1353102 實知例中的直流對直流變換器1之操作將失 考第謂與第9圖來說明。該第二實施财一第期間操 作TOla被用來代替該第—實施例的第—期間操作。如 第8圖的狀態轉變圖所示，該第—期間操作T〇la係由該狀 態(2)構成’且該第二期間操作τ〇2係由狀態⑴與⑶構成。 該等狀態⑴’（3)，（2)，⑴，··舶此順序重複並且該第 一期間操作Τ 01 a與第二㈣操作TO 2係交替地重複。
該第二實施例中該直流對直流變換器1之操作將參考 第9圖的-波形圖來說明。此處，一期間，其中該第一期間 10操作T01a被執行，被定義為一第一期間Tla。該第一期間 Tla係成為等於該時脈信號CLK的基本週期τ。此外，因為 其它構造係相同如該第-實施例的構造’所以詳細說明將 被省略。 該第一期間操作TOla將被說明。在時間tl丨，該狀態控 15制電路SC，根據該時脈信號CLK的時脈之上升緣，使得該 控制信號VQ1轉變至低位準以及該控制信號*VQ1轉變至 高位準。因此，該狀態(2)被設定，且該第—期間操作T〇la 係開始。該狀態（2)中，該電流感測信號Vs以一陡斜率減 y。然後，该狀態(2)被维持直到下一個時脈信號clk被輸 20 入。於是，該狀態(2)的期限被固定到該第一期間Tla十的預 定基本週期T。 接者’該第·一期間4呆作T02將被說明。在時間113，該 狀態控制電路SC，根據該時脈信號CLK的時脈之上升緣， 使得該等控制信號VQ1與VQ2轉變至高位準以及該等控制 17 1353102 信號*VQ1與*VQ2轉變至低位準。因此，該狀態(2)被切換 至該狀態（1)。於是，該第一期間操作T〇la結束，且該第二 期間知作T02係開始。該狀癌（1)中，該電流感測信號vs以 該陡斜率增加。 5 在時間tl4 ’當該電流感測信號Vs達到該輸出信號Eout 時，該狀態控制電路SC，根據該高位準輪出信號¥1的輸 入’使得該控制信號VQ2轉變至低位準以及該控制信號 *VQ2轉變至高位準。因此，該狀態〇)被切換至該狀態（3)。 然後，該狀態（3)被維持直到該第二期間T2經過。該狀態(3) 10中，因為該輸入電壓Vin接近該輸出電壓Vom，該電流感測 信號Vs的斜率係近乎零如第9圖所示。 在時間tl8，該第二期間T2結束。該狀態控制電路sc， 根據該時脈信號CLK的時脈之上升緣，使得該控制信號 VQ1轉變至低位準以及駿龍號*輝轉變至高位準。因 15此，該狀態(3)被切換至該狀態(2)。於是，該第二期間操作 T〇2結束，且該第一期間操作TOla係開始。 該等14(2) ’⑴，（3)，（2)，..於是係以此順序重複， 並且該帛期間操作丁叫與第二期間操作T⑴係交替地重 複m由第9圖中斜線所示的一區域中，該能量被 20供應至-玄輸出端T〇ut側，以至於該等電感器電流被供應至 該負載並被累積至該輸出電容器C卜 此外每—單位時間之切換次數係將參考第9圖來說 Θ在根據該第二實施例第9圖之操作中，於該期間 (=(n+1)xm是該第-期間TU賴第二顧了2的總計，對 18 於該等電晶體FET1，FET2，FET3及FET4，該切換被執行 一次。即’該等電晶體FET1，FET2，FET3及FET4每一個 的每一單位時間之切換次數SCa係由以下式子來表示。 SCa = 1/((η+1)χΤ)(次/秒)···式(5) 5 於是’該等式(3)與(5)顯露出當η22時，切換次數SCa 變成小於該傳統切換次數PSC。 如上述詳細說明中，在根據該第二實施例的直流對直 流變換器1中’該第一期間操作TOla係僅由該狀態（2)構 成，且該狀態（2)於該基本週期τ被維持。此外，在該第二 1〇期間操作Τ〇2中，該狀態（1)被切換至該狀態以至於該電 感器電流IL的增加斜率被降低。於是，防止了該電感器電 流IL的峯對峯電流值增加，並同時，該17£13與1^丁4的切換 次數能被降低。因此，該直流對直流變換器的效率能被提 升。 15 此外，照例，本發明並不限於該等實施例，並且不同 的改良與修飾在不脫離本發明之範圍下能被達成。雖然該 第一實施例被說明在上，其中該輸入電壓Vin接近該輸出電 壓Vo u t且該狀態(3)中該電流感測信號v s的斜率係近乎零， 本發明並不限於此實施例。 20 當該輸入電壓vin係高於該輸出電壓Vout時，該電流感 測k號Vs以該狀態（3)中的固定斜率增加。因為該電流感測 k號Vs再該第二期間T2結束時達到該輸出信號£〇饥，跟隨 該第二期間T2的第一期間T1中該狀態（1)之期限變成一最 小脈衝上期限。另一方面，當該輸入電壓Vin係低於該輸出 19 1353102 電壓Vout時，該電流感測信號Vs以該狀態(3)中的固定斜率 減少。因為該電流感測信號Vs在該第二期間T2結束時係低 於該輸出信號Eout ’所以跟隨該第二期間T2的第一期間T1 中的狀態（1)之期限係達成如一直到該電流感測信號％達 5 到該輸出信號Eout的期限。因此，該第一實施例之操作能 被實現於以上兩情況。此外，照例’本發明第二實施例的 插作式甚至在該輸入電壓Vin係南於或低於該輸出電壓 Vout的兩情況下同樣能被實現。
此外，該第一期間T1係成為等於該實施例中的基本週 10 期T，然而，T可能不同於該基本週期T。 此外’雖然該第二期間T2被設定如一如該第一期間τ 1 的η倍之長的值，且此實施例中，η作為一值被設定如2或更 大的自然數’本發明並不限於此實施例。1或更大的實數可 能代替η。例如，當該第一期間Τ1係藉由將分頻應用至該基 15本週期τ而獲得時，一實數能代替η。在此情況下，假設該 第一期間Τ1係藉由將1/2-分頻應用至該基本週期τ而獲得 且§亥第二期間Τ2係藉由將1 /5_分頻應用至該基本週期τ而 獲得，該第二期間Τ1是如該第一期間丁丨的2 5倍之長。即使 §亥時脈信號CLK的週期本身係調變在該第一期間τ〗與第二 20期間Τ2，照例’一實數係能代替η。 此外，該實施例中，照例，一補償信號可能被施加至 该電流感測彳s號Vs與輸出信號£〇ut為了控制穩定。 此外’雖然該實施例中該第二期間T2被設定為一具有 一如該第一期間的4倍之長的期間之固定值，可是本發明並 20 1353102 不限於此實施例。照例，該第二期間T2係能根據該輪入電 壓與輸出電壓之間的關係、及輸出負載的變化動態地受到 可變的控制。例如，當該第二期間η係根據輪出負載變化 的產生丈到該可變控制而被減少時，該狀態(3)的期限能被 5降低，並且因此該直流對直流變換器的後續特性能被提 升。此外，當該第二期間丁2係根據該輸入電壓Vin與輸出電 壓Vout之間的-差電壓之減少動態地受到該可變控制而被 增加、且根據在該差電壓的增加而被減少時進—步能減 少切換次數。 10 此外，雖然該第—期間操作τοι與第二期間操作τ〇2 的存在率在該第-實施例中被設定為1: 1，可是本發明並 不限於此實施例。照例，該存在率能被設定為—任意值。 该第一期間操作Τ01與帛二期間操作τ〇 2的存在率係可變 地控制以至於該狀態(3)對整個狀態的時間比例能被調整。 15例如，當該第二期間操作T02的存在率係藉由以T01， ΊΌ1 ’ ΤΌ2 ’ ΊΌ1 ’…的-順序重複該第一期間操作T〇1與 第二期間操作T02而降低時，相同如縮短該狀態（3)之期限 的功效能被獲得。 此外，雖然該等電晶體FET2與FET4在該實施例中係用 20來作為一同步整流元件，可是本發明並不限於此實施例， 並且一二極體元件可能被用來整流。例如，該等電晶體F E τ 2 與FET4的至少一個可能以該二極體代替或者該二極體係可 能與該等電晶體FET2與FET4的至少一個並聯。 此外，雖然Ν-型 FET，FET1，FET2，FET3及FET4被 21 1353102 用於該實施例如第丨圖所示，可是本發明並不限於此實施 例。照例，該等N-型FET的任一或全部係可以p_型FET來代 替。 該電流感測信號V s並不限於偵測流經該扼流線圈L i的 5感測器電流1L、並可能偵測流經該等電晶體FET 1與FET3的 至少一個的電流。 該實施例中，在該第二期間操作τ〇2中，該狀態（1)被 切換至該狀惑（3)，並且因此該電感器電流化的增加斜率被 減少並且該峯對峯電流值係能防止增加。然而，本發明並 1〇不限於此實施例。該狀態（2)可能被切換至該狀態（3)以至於 該電感器電流IL的減少斜率被減少。於是，能防止該電感 器電流IL的一底電流值減少，並且該第二期間操作12係能 成為長於該第一期間Τ1。 此外，雖然該時脈信號CLK係用於該實施例中的該步 15升/步降型直流對直流變換器，可是本發明並不限於此實施 例。只要該直流對直流變換器，在該輸入電壓Vin係高於該 輸出電壓Vout時，係以一步降型直流對直流變換器來代 替，或在該輸入電壓Vin係低於該輸出電壓¥〇加時，係以一 步升型直流對直流變換^來代替，該時脈信號CLK通常係 20能用於兩種直流對直流變換器。 此外，該實施例的控制電路1丨可能係由—單一或多數 個半導體晶片等所構成。另外，照例，該直流對直流變換 器1可能係由一單一或多數個半導體晶片等所構成、並可能 被組成為一模組。 22 1353102 並且，該電晶體FET1是一第一切換元件的一範例，電 晶體FET2是—第一整流元件的一範例，電晶體FET4是一第 二整流元件的一範例，電晶體FET3是一第二切換元件的一 範例，s亥扼流線圈L1是一電感元件的一範例，且該控制電 路11是一控制部的一範例。 根據本發明之該步升/步降型直流對直流變換器與其 控制電路與控制方法，能夠提供一種步升/步降型直流對直 流變換器其中電感器電流的一峯對峯電流值被抑制且同時 切換元件的一平均切換頻率能被降低、並且高效率能被實 現。 【圖式簡單說明】 15 第1圖是一步升/步降型直流對直流變換器丨的電路圖； 第2圖是一顯示一狀態的電路圖 第3圖是一顯示一狀態（2)的電路圖 第4圖是一顯示一狀態（3)的電路圖 第5圖是一第一實施例的狀態轉變圖； 第6圖是該第一實施例之直流對直流變換器1的波形 園， 第7圖是一顯示傳統電路操作的波形圖； 20 第8圖是一第二實施例的狀態轉變圖；及 第9圖是該第二實施例之直流對直流變換器1的波形 圖。 【主要元件符號說明】 1…步升/步降型直流對直流變換器11.. ·控制電路 23 1353102
SC...狀態控制電路 Rl^…電阻元件 L1...扼流線圈 ERA...誤差放大器 FET1-FET4…電晶體 COMP1...電壓比較器 C1...輸出電容器 OSC...振盪器 Tin."輸入端 DH1,DL1...輸出端 Tout...輸出端 DH2，DL2. · ·輸出端 Tx，Ty."端 卩1，*(^1，(^，*(^...輸出端 FB，CS...輸入端
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Claims (1)

  1. 第96118748號專利申請案申請專利範圍修正本修正日期：99年10月19日 十、申請糾細： 姚，10. 1 & 申請專利範圍： 平月日修 乂降^•直极對直流變換器包 .. 與一電感元件的-端之連接在一電壓輸入端 5 參考電位與該電感元件的埂接杜 連接在-電壓輪出端心的第-整流元件;一 整浐元#·» 、電感兀件的另—端之間的第二 端該:::::r元編- -者，且假使該二::,7第-狀態與-第二狀態之任 在該第-週期内達到一設定’當該電感元件的電流 該第二狀態；以及 $值時，從該第-狀態切換至 在緊接著該第—週 態，且當該電感元帛—週期内設定該第一狀 15 值時，從該第一狀1 凌在該第二週期内達到該給定 切換至—第三狀態， 八中在該第―狀態，該第— 其中在該第二壯 一第一切換几件為ON， 其中在該第三狀第?切換元件為0FF; 切換元件為〇FF ; ^ 刀換兀件為ON且該第二 20 其中該第一週期包括 第二狀態，或者包括㈣_連續序列之該第-狀態與該 其中該第二週期:一狀態;且 第三狀態。 ^括—連續相之該第-狀態與該 2.如申請專利範圍第 1項所述之步升/步降型直流對直流 25 1353102 年月曰修(更)正替换頁丨 *~9〇. 10. ί ^--— 1 變換器的控制方法，其中 該第二週期係如該第一週期的η (η: 1或更大的實數） 倍之長。 3. 如申請專利範圍第2項所述之步升/步降型直流對直流 5 變換器的控制方法，其中 該η為2或更大的自然數。 4. 如申請專利範圍第1項所述之步升/步降型直流對直流 變換器的控制方法，其中 該第一整流元件是一第三切換元件， 10 該第二整流元件是一第四切換元件， 該第三與第四切換元件在該第一狀態中為OFF， 該第三與第四切換元件在該第二狀態中為ON，及 在該第三狀態_，該第四切換元件為ON，且該第三 切換元件為OFF。 15 5. —種步升/步降型直流對直流變換器的控制電路，包含 有： 一連接在一電壓輸入端與一電感元件的一端之間的 第一切換元件； 一連接在一參考電位與該電感元件的一端之間的第 20 一整流元件； 一連接在一電壓輸出端與該電感元件的另一端之間 的第二整流元件； 一連接在該參考電位與該電感元件的另一端之間的 第二切換元件；及 26 1353102 年月曰修(更)正替換頁I 9θτΙ0.1 注--1 一控制部，用於控制：一第一狀態，其中該第一與第 二切換元件為ON ; —第二狀態，其中該第一與第二切換 元件為OFF ;及一第三狀態，其中該第一切換元件為ON 且該第二切換元件為OFF，其中該第一狀態與該第二狀 5 態之任一者在一第一週期内被設定，且假使該第一狀態 被設定，當該電感元件的電流在該第一週期内達到一給 定值時，該第一狀態被切換至該第二狀態；以及其中該 第一狀態在緊接著該第一週期之一第二週期内被設定， 且當該電感元件的電流在該第二週期内達到該給定值 10 時，該第一狀態被切換至一第三狀態； 其中該第一週期包括一連續序列之該第一狀態與該 第二狀態，或者包括該第二狀態；且 其中該第二週期包括一連續序列之該第一狀態與該 第三狀態。 15 6·如申請專利範圍第5項所述之步升/步降型直流對直流 變換器的控制電路，該變換器更包含有： 一第三切換元件作為該第一整流元件，及 一第四切換元件作為該第二整流元件， 其中該控制部於該第一狀態使該第三與第四切換元 20 件成為OFF、於該第二狀態使該第三與第四切換元件成 為ON、以及於該第三狀態使該第四切換元件成為ON並 使該第三切換元件成為OFF。 7. —種步升/步降型直流對直流變換器，包含有： 一連接在一電壓輸入端與一電感元件的一端之間的 27 1353102 年月曰修(更)正瞥换頁 99. 10. t~§- 第一切換元件； 一連接在一參考電位與該電感元件的一端之間的第 - 一整流元件； . 一連接在一電壓輸出端與該電感元件的另一端之間 5 的第二整流元件， 一連接在該參考電位與該電感元件的另一端之間的 第二切換元件；及 一控制部，用於控制：一第一狀態，其中該第一與第 ^ 二切換元件為ON ; —第二狀態，其中該第一與第二切換 10 元件為OFF;及一第三狀態，其中該第一切換元件為ON 且該第二切換元件為OFF，其中該第一狀態與該第二狀 . 態之任一者在一第一週期内被設定，且假使該第一狀態 - 被設定，當該電感元件的電流在該第一週期内達到一給 定值時，該第一狀態被切換至該第二狀態；以及其中該 15 第一狀態在緊接著該第一週期之一第二週期内被設定， _ 且當該電感元件的電流在該第二週期内達到該給定值 時，該第一狀態被切換至一第三狀態； 其中該第一週期包括一連續序列之該第一狀態與該 s 第二狀態，或者包括該第二狀態；且 '20 其中該第二週期包括一連續序列之該第一狀態與該 第三狀態。 28
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