TWI380563B - Methods for light load efficiency improvement of a buck boost voltage regulater - Google Patents

Description

1380563 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關一種電壓調節器，特別是關於改善升降壓式電 壓調節器的輕載效率的方法。 【先前技術】 電池無法持續k供穩疋的電壓，因此，以電池作為電源的系 • 統，例如可攜式裝置，需使用能夠在降壓式及升壓式之間切換的 升降壓式電壓調節器。圖1係升降壓式電壓調節器的示意圖，在 功率級10中’開關SW1連接在電源輸入端Vin及節點N1之間， 開關SW2連接在郎點N1及接地端GND之間，電感L連接在節 點N1及N2之間’開關SW3連接在節點N2及接地端GND之間， 開關SW4連接在節點N2及電壓輸出端Vout之間，電容CL連接 在電壓輸出端Vout及接地端GND之間；分壓器電阻ri及幻將 鲁輸出電壓Vout分壓產生回授信號VFB ;在控制電路12中，誤差 放大器14放大回授信號VFB及參考電壓Vref之間的差值產生誤 差信號VEA ’脈寬調變產生器16根據誤差信號VEA產生脈寬調 變信號PWM ’控制邏輯電路18根據脈寬調變信號PWM產生控 制信號VA、VB、VC及VD分別切換開關SW1、SW2、SW3及 SW4 ’而將輸入電壓Vin轉換成輸出電壓Vout。Jorden等人的美 國專利號7,265,524在升降壓模式時監視升降壓式電壓調節器的輸 出電壓Vout ’當其超過高電壓門檻時，該升降壓式電壓調節器進 3 1380563 休民模式铋止對電感£充電，此時開關撕、_、湖及 ’皆為開路’輪出電塵細緩慢下降，直到輸出輕Vout低 於低祕狀時’該升降駐相復浙關模式， 繼續對電感L纽電而提高輸出_ vou卜 【發明内容】 本發明的目的 率的方法。 ，在於提出改善升_式電壓爾器的輕載效 根據本發明，—種改善升降屋式電壓調節器的輕·率的方 法包括監視該升_式電壓調節器的電感電流， ::到低=電流叫控制該升降壓式電壓調節：:: =式’以及在該休眠模式下監視該升降壓式電糊器的輸出電 節峨叫咖侧式购 ^本侧，—種改善升降料電壓調料的輕 ==降壓式電壓調節器的輪出•在該輪： 以及在該脈衝節省模式下，只要該輸出電壓低於二2楔式， 則對該升降觀電周節器的電感充電—次，若該二 根據本發4:=:=:叫 法包括監視該精壓式賴靖騎賴電流，且錢 1380563 電壓調節器從第一切 下降到低於健流門檻時，控制該升降麼式 下監視 換周期進从㈣帛二域職，以及在辟 該升降壓式賴調節器的輸出糕，且在該知麵=— 門檻時’控制該升降壓式電壓調節器回復到該第一:換周:電壓 根據本_…種改善升降壓式麵調㈣的輕裁效率的 ^括監視料㈣式賴雨_触鶴，在錄

換周期 升到尚於_門檻時，控制該輕調㈣從第-切換周期進入 較長的第—場周期’以及在該第二切換勒下，錄輸出電虔 低於低電壓卩K，則控制該升關式電壓調節器贿到該第一切 【實施方式】 圖2的波形圖根據本發明之改善升_式電壓調節 輕載效率的枝的第-實施例，_0表示触麵VGut，波护 22表不電_流1。參照圖1及圖2，此方法監視電感電流！，當 電感電流1下降到低於低電流門檻I』時，如時間tl所示7 電壓调即器進入休眠(sleep)模式’開關綱、助、咖及綱 皆為開路，停續電感L $電，輸㈣壓Vout開始下降，直到時 間㈣’輸出_ V〇Ut低於低電壓門檻Vth—L，控制電壓調節器 脫離休眠模式^較佳者，在彳貞湖輸出電壓低於低電壓門檀 Vth""L ’且電感電流1低於低電流門檀I—L a寺，會在進入休眠模式 後^即脫離休㈣賦’提高輸A健Vout。此方法包括監視電感 5 1380563 電流Ϊ及輸出電壓V〇ut，低電流門紅L奴為接近零藉由控 制電壓調節H進人和脫離休眠模式__，減少輕載時^功^ 損耗。 圖3的波_說明根據本發明之改善升降壓式電壓調節器的 輕載效率的方法的第二實施例，波形24表示輸出賴V⑽波形 26表示電感電流J。參照,及圖3,此方法只監視輸出電堡^ 當輸出電壓v〇ut上升到高於高電壓門檻Vth_H時，控制電壓調節 器進入脈衝節省㈣seskipping)模式，省略脈衝調變信號戰的 部份脈衝，因而減少開關SW1、SW2、綱及綱的切換次數， 在脈衝即痛式下’只要偵測到輸出電壓v〇ut低於高電壓門插 Vth一Η ’如時間t3和t4所示，則對電感l充電—次，使輪出電^ 伽上升，但是若輪出鍾VGUt奴持續下降，叫到低於低電 ^檻Vth_L ’如時間t5所示，則控制電壓調節器脫離脈衝節省 圖4的波_制根據本㈣找善升_式賴調節 輕載效率的方法的第三實施例，波形28表示輸出電壓Vout，波形 3〇表示概輸。參關】及圖4,在此實施辦，脈寬調變產 生器16具有短切換周期T1及長切換周期T2，在正常操作模式使 用讀周期Ή ’當電感電流j低於低電流門裡時，如時 斤丁脈寬《·周變產生益16切換為長切換周期Τ2，因此開 1W1、SW2、SW3及SW4 __铸低，在長婦周期Τ2下， 感則到輸咖VGUt低於低電_ vth—L時，控制脈寬調變 6 產生器16回復短切換周期ΤΙ，因此開關SW卜SW2、SW3及SW4 回復!^常縣模柄域鮮。此方法包括監視電感電流I及 ^电壓Vmit，低f流門檻LL設定為接近零，藉由降低開關 SW2、SW3及SW4的切換頻率減少輕載時的功率損耗。 圖5的波形圖說明根據本發明之改善升降麗式電壓調節器的 輕載效率的方法的第四實施例，波形32表示輸出電壓v⑽波形 ^表不電感電流1。此方法只監視輸出電壓Vout，脈寬調變產生 器16亦具有短切換周期T1及長切換周期τ2，在正 用短切換周期T1，當_到輸出電壓V〇ut上升到高於高電壓· Vth-H時’如_ t8所示’脈寬調變產生器16切換為長切換周期 T2，因此開關SW1、SW2、湖及⑽的切換頻率降低，在長 刀換周期T2下’當谓測到輸出電壓v〇ut低於低電壓門檻乂出L 時’如時間t9所示，控制脈寬調變產生器16回復短切換周期τι， 因此開關SW卜SW2、SW3及綱回復到正常操作模式的切換 頻率。 以上對於本發明之較佳實施例所作的敘述係為闡明之目的， 而無思限疋本發明精確地為所揭露的形式，基於以上的教導或從 本發明的實施例學習而作修改或變化是可能的，實施例係為解說 本發明的原賴及讓熟習該項技術者以各種實施例湘本發明在 實際應用上而選擇及敘述，本發明的技術思想企圖由以下的申請 專利範圍及其均等來決定。 1380563 【圖式簡單說明】 圖1係升降壓式電壓調節器的示意圖； 圖2係本發明第一實施例之波形圖； 圖3係本發明第二實施例之波形圖； 圖4係本發明第三實施例之波形圖； 圖5係本發明第四實施例之波形圖。

【主要元件符號說明】 10 功率級

12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 控制電路 誤差放大器 脈寬調變產生器 控制邏輯電路 輸出電壓的波形 電感電流的波形 輸出電壓的波形 電感電流的波形 輸出電壓的波形 電感電流的波形 輸出電壓的波形 電感電流的波形 8 34

Claims (1)

1. 七、申請專利範園： 5日修正替換頁 1· -種改善升降壓式賴獨 監视該輸她咖⑽^㈣以，包括： 電壓調節器進入 在亥脈衝㈣㈣τ，只要該輸出電舰顯 該升降摩式電屡調節器的電感充電一次 塗門檻’則對

   電壓門样，目丨_丨* ^ 右°亥輪出電壓低於低 式。1制該升_式輕調節器脫離該脈衝節省模 -種改善升降駐電壓調節器的輕載效率的方法， 的賴歧，且錢電錢流下降到 低於低電朗檻時，控制該升降壓式電壓器從第一 期進入較長的第二切換周期；以及

   在省出电塵上升到高於高電塵門檀時，控制該 脈衝節省模式；以及 2. 包括 切換周 在該第二切換周期下監視該升降壓式電壓調節器的輸出電壓，且 在。亥輸出頓低於低電朗檻時，控_升降壓式電壓調 回復到該第一切換周期。 為 μ求項2之控·法’其中該低電流門檻接近零。 9