TWI408882B - 升降壓式轉換器的控制裝置及控制方法 - Google Patents

Description

升降壓式轉換器的控制裝置及控制方法

本發明有關於一種控制裝置，尤指一種可用於升降壓式轉換器的控制裝置。

升降壓式轉換器(buck-boost converter)主要包含有三種運作模式，即升壓模式(boost mode)、降壓模式(buck mode)和升降壓模式(buck-boost mode)，並且可依據控制信號的設置而提供比輸入電壓低、比輸入電壓高或與輸入電壓實質上相同的輸出電壓。

在升壓模式時，升降壓式轉換器接收較低的輸入電壓，並輸出較高的輸出電壓。在降壓模式時，升降壓式轉換器接收較高的輸入電壓，並輸出較低的輸出電壓。在升降壓模式時，升降壓式轉換器可以提供比輸入電壓低、比輸入電壓高或與輸入電壓實質上相同的輸出電壓。

然而，在升降壓式轉換器切換模式時，升降壓式轉換器的輸出電壓會出現漣波(ripple)，而會對接收此輸出電壓的裝置的效能造成影響，甚至會使該裝置無法正常運作。

有鑑於此，當升降壓式轉換器切換模式時，如何降低升降壓式轉換器的輸出電壓的漣波，實為業界有待解決的問題。

本說明書提供了一種可用於升降壓式轉換器的控制裝置的一實施例，包含有：一信號產生電路，用以依據一升降壓轉換器的一輸出電壓產生一第一、一第二、一第三和一第四控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的一第一、一第二、一第三和一第四開關；以及一模式決定電路，當該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值，且該第三控制信號的責任週期小於一第二預設值時，用以設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第一控制信號和該第三控制信號具有實質上相同責任週期，並且該第二控制信號和該第四控制信號具有實質上相同的責任週期；其中，該第一控制信號與該第二控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，並且該第三控制信號與該第四控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。

本說明書提供了一種可用於升降壓式轉換器的控制裝置的另一實施例，包含有：一第一比較電路，用以依據一第一週期性信號和依據一升降壓轉換器的一輸出電壓所產生的一第一回授信號，產生一第一控制信號和一第二控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的一第一開關和一第二開關；一第二比較電路，用以依據一第二週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第二回授信號，產生一第三控制信號和一第四控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的一第三和一第四開關；以及一第三比較電路，用以依據一第三週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第三回授信號，產生一第五、一第六、一第七和一第八控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的該第一、該第二、該第三和該第四開關；其中，該第一控制信號與該第二控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，第三控制信號與該第四控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關，該第五控制信號的責任週期與該第七控制信號的責任週期實質上相同，該第六控制信號的責任週期與該第八控制信號的責任週期實質上相同，該第五控制信號與該第六控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，以及該第七控制信號與該第八控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。

本說明書提供了一種可用於升降壓式轉換器的控制裝置的另一實施例，包含有：一信號產生電路，用以依據一升降壓轉換器的一輸出電壓產生一第一控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第一開關和一第二開關、以及產生一第二控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第三開關和一第四開關；以及一模式決定電路，當該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值，且該第二控制信號的責任週期小於一第二預設值時，用以設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第一控制信號和該第二控制信號具有實質上相同的責任週期；其中，該第一控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，並且該第二控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。

本說明書提供了一種可用於升降壓式轉換器的控制裝置的另一實施例，包含有：一第一比較電路，用以依據一第一週期性信號和依據一升降壓轉換器的一輸出電壓所產生的一第一回授信號產生一第一控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第一開關和一第二開關；一第二比較電路，用以依據一第二週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第二回授信號產生一第二控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第三和一第四開關；以及一第三比較電路，用以依據一第三週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第三回授信號，產生一第三控制信號，以控制該升降壓轉換器的該第一開關和該第二開關、以及產生一第四制信號，以控制該升降壓轉換器的該第三開關和該第四開關；其中，該第一控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，第二控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關，該第三控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，以及該第四控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。

上述實施例的優點之一是當升降壓式轉換器切換模式時，輸出電壓的漣波能夠降低。本發明的其他優點將藉由以下的說明和圖示進行更詳細的說明。

以下將配合相關圖式來說明本發明的實施例。在圖式中，相同的標號表示相同或類似的元件或流程步驟。

在說明書及申請專利範圍當中使用了某些詞彙來指稱特定的元件。所屬領域中具有通常知識者應可理解，同樣的元件可能會用不同的名詞來稱呼。本說明書及後續的申請專利範圍並不以名稱的差異來作為區分元件的方式，而是以元件在功能上的差異來為區分的基準。在通篇說明書及後續的請求項當中所提及的「包含」為一開放式的用語，故應解釋成「包含但不限定於」。另外，「耦接」一詞包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則代表第一裝置可直接連接（包含透過電性連接、有線傳輸、無線傳輸、或光學傳輸等訊號連接方式）於該第二裝置，或透過其他裝置或連接手段間接的電性或訊號連接至該第二裝置。

在說明書及圖示中，各個元件的數量、位置和連接關係等僅為示意性的敘述與繪製，以簡化說明。所屬領域中具有通常知識者應可理解，說明書中各個元件能以一個或多個的元件實施，或者說明書中多個元件的功能也可由同一元件實施，而皆屬本發明的涵蓋範圍。在說明書和圖示中，某些信號、元件、電路、流程或操作方法等僅以電壓或者電流的方式描述，但所屬領域中具有通常知識者應可理解，以電壓型式和電流形式的實施方式，皆能夠藉由適當的轉換而達成本發明的功效。

圖1為升降壓式轉換器100簡化後的電路圖。升降壓式轉換器100包含有開關111、112、113和114，電容130和150，以及電感170。升降壓式轉換器100可用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout後輸出至負載Z。

開關111、112、113和114可以採用各種二極體、電晶體、主動及/或被動的電子元件所組成的開關、及/或機械式的開關等方式實現。開關111、112、113和114分別依據控制信號S1、S2、S3和S4而呈現導通或未導通的狀態。在另一實施例中，開關的導通狀態和未導通狀態可以僅是相對性的狀態。例如，在一實施例中，開關以電晶體實現，相較於開關於導通狀態時，當開關於未導通狀態時，僅會夠導通一相對上較小的電流，並具有相對上較大的阻抗。因此，開關於導通狀態或未導通狀態時並非一定具有電流或阻抗等限制條件，而可以僅為相對的導通狀態和未導通狀態。

在本說明書中控制信號S1、S2、S3和S4皆以高態有效(active high)方式表達以簡化說明，即控制信號的電位大於一預設值時(以下稱控制信號為高電位)，開關將呈現導通狀態；而控制信號小於該預設值時(以下稱控制信號為低電位)，開關將呈現未導通狀態。此外，若無特別說明，本說明書中的其他信號也以高態有效的方式表達以簡化說明。在其他實施例中，各個信號能皆以高態有效、低態有效(active low)或分別使用高態有效和低態有效的方式實施。

如圖1所示，當升降壓式轉換器100運作時，輸入電容130耦接於輸入電壓Vin，開關111耦接於電容130和電感170之間，開關112耦接於開關111和電容130之間，開關113耦接於電感170和開關112之間，開關114耦接於電感170和電容150之間，電感170耦接於開關111和開關114之間，電容150耦接於開關113和開關114之間，負載Z耦接於電容150的兩端以接收輸出電壓Vout。

當控制信號S1為高電位而控制信號S2為低電位，開關111呈現導通狀態而開關112呈現未導通狀態。此時，將開關113和114依據控制信號S3和S4進行導通狀態和未導通狀態的切換，則可使升降壓式轉換器100運作於升壓模式，而提供高於輸入電壓Vin的輸出電壓Vout。

當控制信號S3為低電位而控制信號S4為高電位，開關113呈現未導通狀態而開關114呈現導通狀態。此時，將開關111和112依據控制信號S1和S2進行導通狀態和未導通狀態的切換，則可使升降壓式轉換器100運作於降壓模式，而提供低於輸入電壓Vin的輸出電壓Vout。

當開關111、112、113和114皆依據控制信號S1、S2、S3和S4進行導通狀態和未導通狀態的切換時，則可使升降壓式轉換器100運作於升降壓模式，而能提供比輸入電壓低、比輸入電壓高或與輸入電壓實質上相同的輸出電壓。

圖2為本發明的實施例之一的控制裝置200簡化後的功能方塊圖，以下將以圖2搭配圖1進一步說明控制裝置200的運作方式。如圖2所示，當控制裝置200運作時，控制裝置200會感測升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout，並且提供控制信號S1、S2、S3和S4給升降壓式轉換器100，以控制開關111、112、113及114的導通狀態和未導通狀態。

控制裝置200包含有回授信號處理電路210、波形產生電路230、模式決定電路250和控制信號產生電路270。

回授信號處理電路210用以接收升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout，以產生參考信號Vc。波形產生電路230則用以產生參考信號Vg1和Vg2。模式決定電路250用以判斷升降壓式轉換器100是否需要切換模式，並將對應的控制信號BB、BB1和BB2輸出至控制信號產生電路270。控制信號產生電路270用以依據參考信號Vc、Vg1和Vg2，以及依據控制信號BB、BB1和BB2，而產生控制信號S1、S2、S3和S4，用以輸出至升降壓式轉換器100，控制開關111、112、113及/或114的導通狀態和未導通狀態。

在本實施例中，升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout傳送至回授信號處理電路210。回授信號處理電路210依據升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout，產生參考信號Vc。例如，回授信號處理電路210可產生參考信號Vc = A x Vout + B，其中參數A和B可分別設置為適當數值的正數及/或負數。

在另一實施例中，回授信號處理電路210依據升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout以及升降壓式轉換器100中的電流信號I，並且採用其他的方式產生一個或多個參考信號Vc。電流信號I可以採用通過電感170的電流、通過開關111、112、113及/或114的電流、或者通過各種元件的電流值的組合。例如，回授信號處理電路210可產生信號Vc = Σ (An x Voutⁿ + Bn x Iⁿ ) + C，其中參數An、Bn和C可分別設置為適當數值的正數及/或負數。

在另一實施例中，可將升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout經過另一信號處理電路(圖中未示，可設置於控制裝置200的內部或外部)處理後，再傳送至回授信號處理電路210，以產生參考信號Vc。

圖3為回授信號處理電路210的一實施例的簡化電路圖，在圖3的實施例中，回授信號處理電路210包含有電阻211和212、比較電路213和參考電壓源214。電阻211和212、比較電路213和參考電壓源214可以使用各種主動及/或被動的元件所組成，或者參考電壓源214也可直接耦接至所需要的參考電位。例如，比較電路213可以採用差動放大器及/或電阻211和212可以採用電晶體等方式實施。

輸出電壓Vout經過電阻211和212耦接至地，並將經過電阻211和212分壓後的電壓傳送至比較電路213的一輸入端。參考電壓源214可提供Vrc的電壓，並耦接至比較電路213的另一輸入端。因此，本實施例中，比較電路213的輸出端可提供參考信號Vc = C x (Vrc – D x Vout)，其中參數C和D可分別依設計考量設置為適當數值的正數及/或負數，並對應的設置電阻211和212以及比較電路213。

在本實施例中，電阻212和參考電壓源214的一端皆耦接至地。在另一實施例中，電阻212和參考電壓源214的一端可以分別耦接至相同或不同的預設的電位。在另一實施例中，將一預設的電位（例如，接地端或其他預設的電位）傳送至比較電路213的一輸入端。而輸出電壓Vout經過電阻211和212耦接參考電壓源214，並將經過電阻211和212分壓後的電壓傳送至比較電路213的另一輸入端，以於比較電路213的輸出端提供參考信號Vc。

波形產生電路230可依據振盪電路所輸出的振盪信號或者依據時脈信號，配合主動及/或被動的元件所組成的電路，以產生所需要的一個或多個週期性參考信號，參考信號可以設置為具有適當信號值的三角波、鋸齒波、弦波或者任何具週期性的信號，並且參考信號的週期、峰至峰值電壓（peak-to-peak voltage）及/或波形等參數可設置為固定或者設置為可調整。在本實施例中，將波形產生電路230所產生的參考信號Vg1和Vg2設置為週期、峰至峰值電壓、及波形等至少有一參數不相同。在另一實施例中，波形產生電路230設置為產生多個具有週期性的參考信號時，該等參考信號可以分別設置為具有相同或不同的週期、峰至峰值電壓及/或波形等參數。

模式決定電路250用以判斷升降壓式轉換器100是否需要切換模式，以產生對應的控制信號BB、BB1和BB2至控制信號產生電路270，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB、BB1及/或BB2輸出對應於適當操作模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在一實施例中，模式決定電路250可依據升降壓式轉換器100的輸入電壓Vin和輸出電壓Vout以產生控制信號BB。例如，當(Vout - Vin) < Vrbb1或者(Vin - Vout) < Vrbb2時，模式決定電路250產生對應於升降壓模式的控制信號BB，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。其中，參考電壓Vrbb1和Vrbb2可設置為相同或不同的適當數值。例如，當Vrbb1和Vrbb2皆設置為0.1伏特時，則當輸入電壓Vin和輸出電壓Vout的差值小於0.1伏特時，模式決定電路250產生對應於升降壓模式的控制信號BB(例如，將BB設置為高電位)，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，模式決定電路250可依據控制信號S1、S2、S3和S4的責任週期(duty cycle)，以產生控制信號BB1及/或BB2。責任週期代表控制信號S1、S2、S3和S4可使開關呈現導通狀態的時間，相較於控制信號S1、S2、S3和S4的一個週期時間的所佔比例。因此，責任週期的數值小於等於1並且大於等於0。

例如，升降壓式轉換器100操作於升壓模式，開關111呈現導通狀態而開關112呈現未導通狀態，代表控制信號S1為高電位而控制信號S2為低電位，即控制信號S1的責任週期等於1，並且控制信號S2的責任週期等於0。因此當控制信號S3的責任週期小於預設值Ds3bt時，則模式決定電路250產生對應於升降壓模式的控制信號BB1(例如，將BB1設置為高電位)，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB1而輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，升降壓式轉換器100操作於升壓模式時，可依據設計上的考量，而將控制信號S1的責任週期設置為不等於1。例如，將控制信號S1的責任週期設置為大於等於0.99。

例如，在一實施例中，當升降壓式轉換器100操作於升壓模式時，當控制信號S1的責任週期大於等於0.99，並且S3的責任週期小於預設值Ds3bt=0.05時，則將控制信號BB1設置為高電位，使控制信號產生電路270輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，升降壓式轉換器100操作於降壓模式，開關113呈現未導通狀態而開關114呈現導通狀態，代表控制信號S3為低電位而控制信號S4為高電位，即控制信號S3的責任週期等於0，並且控制信號S4的責任週期等於1。因此當控制信號S1的責任週期大於預設值Ds1bk時，則模式決定電路250產生對應於升降壓模式的控制信號BB2(例如，將BB2設置為高電位)，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB2而輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，升降壓式轉換器100操作於降壓模式時，可依據設計上的考量，而將控制信號S3的責任週期設置為不等於0。例如，將控制信號S1的責任週期設置為小於等於0.01。

例如，在一實施例中，當升降壓式轉換器100操作於降壓模式時，當控制信號S3的責任週期小於等於0.01，並且S1的責任週期小於預設值Ds1bk=0.95時，則將控制信號BB2設置為高電位，使控制信號產生電路270輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，升降壓式轉換器100操作於升降壓模式時，當控制信號S1的責任週期小於預設值Ds1bb1時，並且控制信號S3的責任週期小於預設值Ds3bb1時，則模式決定電路250產生對應於降壓模式的控制信號BB1(例如，將BB1設置為低電位)，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB1而輸出對應於降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。預設值Ds1bb1和預設值Ds3bb1可設置為相同或不同的數值。

例如，在一實施例中，當升降壓式轉換器100操作於升降壓模式，當控制信號S1的責任週期小於Ds1bb1=0.47，並且S3的責任週期小於預設值Ds3bb1=0.47時，則將控制信號BB1設置為低電位，並使控制信號產生電路270輸出對應於降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，升降壓式轉換器100操作於升降壓模式時，當控制信號S1的責任週期大於預設值Ds1bb2時，並且控制信號S3的責任週期大於預設值Ds3bb2時，則模式決定電路250產生對應於升壓模式的控制信號BB2(例如，將BB2設置為低電位)，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB2而輸出對應於升壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。預設值Ds1bb2和預設值Ds3bb2可設置為相同或不同的數值。

例如，在一實施例中，當升降壓式轉換器100操作於升降壓模式，當控制信號S1的責任週期大於Ds1bb2=0.53，並且S3的責任週期大於預設值Ds3bb2=0.53時，則將控制信號BB2設置為低電位，並使控制信號產生電路270輸出對應於升壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，模式決定電路250可以產生控制信號BB、BB1、BB2及其他判斷是否切換模式的控制信號的一個或多個，使控制信號產生電路270會依據控制信號BB2輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

在本實施例中，當控制信號BB、BB1及/或BB2為高電位時，控制信號產生電路270應輸出對應於升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。在另一實施例中，可分別設置控制信號BB、BB1及/或BB2為高電位或低電位時，控制信號產生電路270應輸出對應於升壓模式、降壓模式或升降壓模式的控制信號S1、S2、S3和S4。

圖4為控制信號產生電路270的一實施例的簡化電路圖，控制信號產生電路270包含有比較電路410、430和450、電壓調整電路470、以及信號選擇電路490。控制信號產生電路270用以依據參考信號Vc、Vg1和Vg2，以及依據控制信號BB、BB1及/或BB2，而產生控制信號S1、S2、S3和S4。

比較電路410用以接收回授信號處理電路210所提供的參考信號Vc及波形產生電路230所提供的參考信號Vg1，當參考信號Vc大於參考信號Vg1時，比較電路410產生高電位的控制信號T1及低電位的控制信號T2。當參考信號Vc小於參考信號Vg1時，比較電路410產生低電位的控制信號T1及高電位的控制信號T2。

在另一實施例中，當參考信號Vc大於參考信號Vg1時，比較電路410設置為產生低電位的控制信號T1及高電位的控制信號T2。當參考信號Vc小於參考信號Vg1時，產生高電位的控制信號T1及低電位的控制信號T2。此外，在比較電路430和450中也可以採用此種方式產生控制信號T3至T8。比較電路410、430和450可以採用脈衝寬度調變器(pulse width modulator)、放大器及/或其他由主動或被動元件所組成的比較電路。

電壓調整電路470接收回授信號處理電路210所提供的參考信號Vc，並輸出參考信號Vc1 = Vc + Vsh，在本實施例中，將參考信號Vc和Vc1之間的差值Vsh設置為大於參考信號Vc的峰至峰電壓值的一個負電壓。在另一實施例中，Vsh可設置為適當數值的正電壓或負電壓。電壓調整電路470可以採用電壓源、電流源搭配主動及/或被動元件、及/或其他由主動元件及/或被動元件所組成的電路，以提供所需的參考信號Vc1。

比較電路430用以接收電壓調整電路470所提供的參考信號Vc1及波形產生電路230所提供的參考信號Vg1，當參考信號Vc1大於參考信號Vg1時，產生高電位的控制信號T3及低電位的控制信號T4。當參考信號Vc1小於參考信號Vg1時，產生低電位的控制信號T3及高電位的控制信號T4。

比較電路450用以接收回授信號處理電路210所提供的參考信號Vc及波形產生電路230所提供的參考信號Vg2，當參考信號Vc大於參考信號Vg2時，產生高電位的控制信號T5及低電位的控制信號T6，以及高電位的控制信號T7及低電位的控制信號T8。當參考信號Vc小於參考信號Vg1時，產生低電位的控制信號T5及高電位的控制信號T6，以及低電位的控制信號T7及高電位的控制信號T8。此外，比較電路410所提供的控制信號T5和T7具有實質上相同的責任週期，控制信號T6和T8的具有實質上相同的責任週期。

信號選擇電路490可依據控制信號BB、BB1及/或BB2，而將控制信號T1、T2、T3及T4分別輸出為控制信號S1、S2、S3和S4，或者將控制信號T5、T6、T7及T8分別輸出為控制信號S1、S2、S3和S4。在本實施例中，當控制信號BB、BB1及/或BB2顯示為升壓模式或降壓模式時，信號選擇電路490將控制信號T1、T2、T3及T4分別輸出為控制信號S1、S2、S3和S4。而當控制信號BB、BB1及/或BB2顯示應操作於升降壓模式時，信號選擇電路490將控制信號T5、T6、T7及T8分別輸出為控制信號S1、S2、S3和S4。在另一實施例中，信號選擇電路490針對控制信號BB、BB1及/或BB2顯示為升壓模式、降壓模式或升降壓模式時，分別將控制信號T1、T2、T3及T4或者控制信號T5、T6、T7及T8輸出為控制信號S1、S2、S3和S4。

在另一實施例中，信號選擇電路490設置於控制裝置200的外部，由控制裝置200將控制信號T1至T8以及控制信號BB、BB1及/或BB2輸出至信號選擇電路490後，再由信號選擇電路490將適當的控制信號S1至S4輸出至升降壓轉換器100。

在另一實施例中，模式決定電路250及信號選擇電路490皆設置於控制裝置200的外部，控制裝置200將控制信號T1至T8以輸出至模式決定電路250及信號選擇電路490後，模式決定電路250將控制信號BB、BB1及/或BB2傳送至信號選擇電路490，信號選擇電路490針對控制信號BB、BB1及/或BB2顯示為升壓模式、降壓模式或升降壓模式，而將控制信號T1、T2、T3及T4或者控制信號T5、T6、T7及T8輸出為控制信號S1、S2、S3和S4。

在上述實施例中，可藉由設置參考信號Vc、Vc1、Vg1、Vg2及/或相關的電路，而適當的設置控制信號T1至T4的責任週期以及控制信號T5至T8的責任週期，使升降壓式轉換器100切換模式時，能夠降低輸出電壓Vout的漣波。

例如，在一實施例中，當升降壓式轉換器100操作於升壓模式，當控制信號S1的責任週期大於等於0.99，並且S3的責任週期小於等於預設值Ds3bt=0.05時，則將控制信號BB1設置為高電位。並且當S3的責任週期等於0.05時，將比較電路450設置為產生責任週期等於0.513的控制信號T5及T7，並使控制信號產生電路270將控制信號T5至T7輸出為控制信號S1至S4，以使升降壓式轉換器100操作於升降壓模式。

在另一實施例中，當升降壓式轉換器100操作於降壓模式，當控制信號S3的責任週期小於等於0.01，並且S1的責任週期大於等於預設值Ds1bk=0.95時，則將控制信號BB2設置為高電位。並且當S1的責任週期等於0.95時，將比較電路450設置為產生責任週期等於0.487的控制信號T5及T7，並使控制信號產生電路270將控制信號T5至T7輸出為控制信號S1至S4，以使升降壓式轉換器100操作於升降壓模式。

以下將以圖4搭配圖5至圖8的簡化後的波形圖，來進一步說明控制信號產生電路270的運作方式。

在圖5的波形圖中，參考信號Vc介於參考信號Vg1的最大值和最小值之間，參考信號Vc1總是小於參考信號Vg1，並且控制信號BB、BB1及/或BB2顯示未進入升降壓模式。此時，比較電路410產生週期性的控制信號T1和T2，並且比較電路430產生低電位的控制信號T3及高電位的控制信號T4。信號選擇電路490依據控制信號BB、BB1及/或BB2，而將控制信號T1、T2、T3及T4輸出為控制信號S1、S2、S3和S4，使升降壓轉換器100操作於降壓模式中。

在圖6的波形圖中，參考信號Vc總是大於參考信號Vg1，參考信號Vc1介於參考信號Vg1的最大值和最小值之間，並且控制信號BB、BB1及/或BB2顯示未進入升降壓模式。此時，比較電路410產生高電位的控制信號T1及低電位的控制信號T2，並且比較電路430產生週期性的控制信號T3和T4。信號選擇電路490依據控制信號BB、BB1及/或BB2，而將控制信號T1、T2、T3及T4輸出為控制信號S1、S2、S3和S4，使升降壓轉換器100操作於升壓模式中。

在圖7的波形圖中，參考信號Vc介於參考信號Vg1的最大值和最小值之間，參考信號Vc1總是小於參考信號Vg1，但此時控制信號BB、BB1及/或BB2顯示應操作於升降壓模式。

在圖8的波形圖中，參考信號Vc總是大於參考信號Vg1，參考信號Vc1介於參考信號Vg1的最大值和最小值之間，但此時控制信號BB、BB1及/或BB2顯示應操作於升降壓模式。

此外，在圖7和圖8中，參考信號Vc介於參考信號Vg2的最大值和最小值之間，比較電路450依據參考信號Vc和Vg2的關係，產生週期性的控制信號T5、T6、T7和T8，並且將控制信號T5和T7的責任週期設置為相同，控制信號T6和T8的責任週期設置為相同。此時，信號選擇電路490依據控制信號BB、BB1及/或BB2，而將控制信號T5、T6、T7及T8輸出為控制信號S1、S2、S3和S4，使升降壓轉換器100操作於升降壓模式。

在上述實施例中，可藉由設置參考信號Vc、Vc1、Vg1及/或Vg2，及/或藉由設置控制信號BB、BB1及/或BB2中的參數(例如，參考電壓Vrbb1和Vrbb2等參數)，使控制信號產生電路270能夠輸出適當的控制信號S1、S2、S3和S4，以讓升降壓轉換器100操作於升壓模式、降壓模式或升降壓模式。

在另一實施例中，升降壓轉換器100僅操作於升壓模式、降壓模式及升降壓模式中的任二模式，仍也可藉由設置上述參考信號及/或控制信號，使控制信號產生電路270能夠輸出適當的控制信號S1、S2、S3和S4，以讓升降壓轉換器100操作於適當的模式。

在另一實施例中，回授信號處理電路210和波形產生電路230可進行組合和變化。例如，在回授信號處理電路210中將輸出電壓Vout與周期性的信號進行運算，以產生具有週期性波形的參考信號Vc。而參考信號Vg1和Vg2則可分別設置為相同或不同的電壓值(例如，接地端或其他預設的電位)。將參考信號Vc、Vg1和Vg2以及控制信號BB、BB1和BB2傳送至控制信號產生電路270後，使控制信號產生電路270能夠輸出適當的控制信號S1、S2、S3和S4，以讓升降壓轉換器100操作於適當的模式。

由於控制信號S1和S2同時僅會導通開關111和112的其中之一，而控制信號S3和S4同時僅會導通開關113和114的其中之一。因此，在另一實施例中，控制裝置200僅產生兩個控制信號S1和S3，或者僅提供控制信號S1和S3至升降壓轉換器100，並且使用控制信號S1控制開關111和112，使開關111和112同時間僅會導通其中之一，使用控制信號S3控制開關113和114，使開關113和114同時間僅會導通其中之一。

在另一實施例中，控制裝置200僅產生控制信號S1和S2的其中之一以及控制信號S3和S4的其中之一，或者僅將控制信號S1和S2的其中之一以及控制信號S3和S4的其中之一提供至升降壓轉換器100。

在另一實施例中，可將回授信號處理電路210、波形產生電路230、模式決定電路250及/或信號選擇電路490設置於控制裝置200的外部，並適當的改變信號的耦接方式，以使用控制信號S1、S2、S3和S4控制升降壓轉換器100，讓升降壓轉換器100操作於適當的模式中。

上述的實施例中，控制裝置200於升壓模式或降壓模式時採用參考信號Vc和Vg1產生控制信號S1至S4，並且於升降壓模式採用參考信號Vc和Vg2產生控制信號S1至S4。藉由適當的設置參考信號Vc、Vg1、Vg2及/或相關的電路，當升降壓式轉換器100由升壓模式及/或降壓模式轉換至升降壓模式時，可降低升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout的漣波。

在上述的實施例中，控制裝置200可採用輸入電壓與輸出電壓的差值是否在預設的範圍內，以判斷是否應該將升降壓式轉換器100切換至另一模式運作。因此，可藉由設置差值的預設範圍來改變升降壓式轉換器100切換模式的時機，使控制裝置200在設計上非常具有彈性。

在上述的實施例中，控制裝置200可採用控制信號S1、S2、S3及/或S4的責任週期來判斷是否應該將升降壓式轉換器100切換至另一模式運作。因此，可以降低以輸入電壓及/或輸出電壓作為切換模式的判斷條件時，因電壓值的浮動所造成的判斷錯誤，而能降低升降壓式轉換器100的輸出電壓Vout的漣波。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做的均等變化、修飾與組合，皆屬本發明的涵蓋範圍。

100‧‧‧升降壓式轉換器

111、112、113、114‧‧‧開關

130、150‧‧‧電容

170‧‧‧電感

200‧‧‧控制裝置

210‧‧‧回授信號處理電路

230‧‧‧波形產生電路

250‧‧‧模式決定電路

270‧‧‧控制信號產生電路

211、212‧‧‧電阻

213‧‧‧比較電路

214‧‧‧電壓源

410、430、450‧‧‧比較電路

470‧‧‧電壓調整電路

490‧‧‧信號選擇電路

圖1為升降壓式轉換器的簡化後的電路圖。

圖2為本發明的控制裝置的一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖3為圖2中的回授信號處理電路的一實施例的簡化後的電路圖。

圖4為圖2中的控制信號產生電路的一實施例的簡化後的電路圖。

圖5至圖8為控制信號產生電路所產生的參考信號的簡化後的波形圖。

100‧‧‧升降壓式轉換器

200‧‧‧控制裝置

210‧‧‧回授信號處理電路

230‧‧‧波形產生電路

250‧‧‧模式決定電路

270‧‧‧控制信號產生電路

Claims (34)

1. 一種控制裝置，包含有：
   一信號產生電路，用以依據一升降壓轉換器的一輸出電壓產生一第一、一第二、一第三和一第四控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的一第一、一第二、一第三和一第四開關；以及
   一模式決定電路，當該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值，且該第三控制信號的責任週期小於一第二預設值時，用以設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第一控制信號和該第三控制信號具有實質上相同責任週期，並且該第二控制信號和該第四控制信號具有實質上相同的責任週期；
   其中，該第一控制信號與該第二控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，並且該第三控制信號與該第四控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。
2. 如請求項1所述的控制裝置，其中該第一預設值大於等於0.95，而該第二預設值小於等於0.01。
3. 如請求項1或2所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期大於一第三預設值，且該第三控制信號的責任週期大於一第四預設值時，該模式決定電路設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第一控制信號會導通該第一開關、該第二控制信號不會導通該第二開關、以及該第三控制信號與該第四控制信號會週期性的導通該第三開關與該第四開關。
4. 如請求項3所述的控制裝置，其中該第三預設值和該第四預設值皆大於等於0.53。
5. 如請求項3所述的控制裝置，其中該第三預設值與該第四預設值設置為實質上相等。
6. 如請求項1所述的控制裝置，其中該第一預設值大於等於0.99，而該第二預設值小於等於0.05。
7. 如請求項1或6所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期小於一第五預設值，且該第三控制信號的責任週期小於一第六預設值時，該模式決定電路設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第三控制信號不會導通該第三開關、該第四控制信號會導通該第四開關、以及該第一控制信號與該第二控制信號會週期性的導通該一第開關與該第二開關。
8. 如請求項7所述的控制裝置，其中該第五預設值小於等於0.47，而該第六預設值小於等於0.47。
9. 如請求項7所述的控制裝置，其中該第五預設值與該第六預設值設置為實質上相等。
10. 一種控制裝置，包含有：
    一第一比較電路，用以依據一第一週期性信號和依據一升降壓轉換器的一輸出電壓所產生的一第一回授信號，產生一第一控制信號和一第二控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的一第一開關和一第二開關；
    一第二比較電路，用以依據一第二週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第二回授信號，產生一第三控制信號和一第四控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的一第三和一第四開關；以及
    一第三比較電路，用以依據一第三週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第三回授信號，產生一第五、一第六、一第七和一第八控制信號，以分別控制該升降壓轉換器的該第一、該第二、該第三和該第四開關；
    其中，該第一控制信號與該第二控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，第三控制信號與該第四控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關，該第五控制信號的責任週期與該第七控制信號的責任週期實質上相同，該第六控制信號的責任週期與該第八控制信號的責任週期實質上相同，該第五控制信號與該第六控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，以及該第七控制信號與該第八控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。
11. 如請求項10所述的控制裝置，另包含：
    一信號選擇電路，用以選擇使該控制裝置輸出該第一、該第二、該第三及該第四控制信號，或者輸出該第五、該第六、該第七及該第八控制信號，以控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
12. 如請求項10所述的控制裝置，其中該第一、該第二、該第三、該第四、第五、該第六、該第七及該第八控制信號經由一信號選擇電路而輸出至該升降壓轉換器，該信號選擇電路選擇輸出該第一、該第二、該第三及該第四控制信號，或者選擇輸出該第五、該第六、該第七及該第八控制信號，以控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
13. 如請求項11或12所述的控制裝置，另包含：
    一第一模式決定電路，當該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值，且該第三控制信號的責任週期小於一第二預設值時，用以設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第五、該第六、該第七及該第八控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
14. 如請求項13所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期大於一第三預設值，且該第三控制信號的責任週期大於一第四預設值時，該第一模式決定電路設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第一、該第二、該第三及該第四控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
15. 如請求項13所述的控制裝置，其中當當該第一控制信號的責任週期小於一第五預設值，且該第三控制信號的責任週期小於一第六預設值時，該第一模式決定電路設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第一、該第二、該第三及該第四控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
16. 如請求項11或12所述的控制裝置，另包含：
    一第二模式決定電路，當該升降壓式轉換器的一輸入電壓與該輸出電壓的差值位於一預設的範圍內時，用以設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第五、該第六、該第七及該第八控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
17. 如請求項10所述的控制裝置，其中該第一周期信號與該第二周期信號實質上相同，並且該第一周期信號與該第三周期信號實質上不相同。
18. 如請求項10或17所述的控制裝置，其中該第一回授信號與該第二回授信號的一信號差值大於該第一回授信號的峰至峰值電壓及/或該第二回授信號的峰至峰值電壓。
19. 如請求項10所述的控制裝置，其中該第一回授信號與該第二回授信號實質上相同，並且該第一回授信號與該第三回授信號實質上不相同。
20. 如請求項10或19所述的控制裝置，其中該第一周期信號與該第二周期信號的一信號差值大於該第一周期信號的峰至峰值電壓及/或該第二周期信號的峰至峰值電壓。
21. 一種控制裝置，包含有：
    一信號產生電路，用以依據一升降壓轉換器的一輸出電壓產生一第一控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第一開關和一第二開關、以及產生一第二控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第三開關和一第四開關；以及
    一模式決定電路，當該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值，且該第二控制信號的責任週期小於一第二預設值時，用以設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第一控制信號和該第二控制信號具有實質上相同的責任週期；
    其中，該第一控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，並且該第二控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。
22. 如請求項21所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期大於一第三預設值，且該第二控制信號的責任週期大於一第四預設值時，該模式決定電路設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第一控制信號會導通該第一開關並且不會導通該第二開關、以及該第二控制信號會週期性的導通該第三開關與該第四開關。
23. 如請求項21所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期小於一第五預設值，且該第二控制信號的責任週期小於一第六預設值時，該模式決定電路設置該信號產生電路，使該信號產生電路所產生的該第二控制信號不會導通該第三開關並且會導通該第四開關、以及該第一控制信號會週期性導通該一第開關與該第二開關。
24. 一種控制裝置，包含有：
    一第一比較電路，用以依據一第一週期性信號和依據一升降壓轉換器的一輸出電壓所產生的一第一回授信號產生一第一控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第一開關和一第二開關；
    一第二比較電路，用以依據一第二週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第二回授信號產生一第二控制信號，以控制該升降壓轉換器的一第三和一第四開關；以及
    一第三比較電路，用以依據一第三週期性信號和依據該輸出電壓所產生的一第三回授信號，產生一第三控制信號，以控制該升降壓轉換器的該第一開關和該第二開關、以及產生一第四制信號，以控制該升降壓轉換器的該第三開關和該第四開關；
    其中，該第一控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，第二控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關，該第三控制信號不會同時導通該第一開關與該第二開關，以及該第四控制信號不會同時導通該第三開關與該第四開關。
25. 如請求項24所述的控制裝置，另包含：
    一信號選擇電路，用以選擇輸出該第一控制信號及該第二控制信號，或者輸出該第三控制信號及該第四控制信號，以控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
26. 如請求項24所述的控制裝置，其中該第一、該第二、該第三及該第四控制信號經由一信號選擇電路而輸出至該升降壓轉換器，該信號選擇電路選擇輸出該第一控制信號及該第二控制信號，或者選擇輸出該第三控制信號及該第四控制信號，以控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
27. 如請求項25或26所述的控制裝置，另包含：
    一第一模式決定電路，當該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值，且該第二控制信號的責任週期小於一第二預設值時，用以設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第三控制信號和該第四控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
28. 如請求項27所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期大於一第三預設值，且該第二控制信號的責任週期大於一第四預設值時，該第一模式決定電路設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第一控制信號及該第二控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
29. 如請求項27所述的控制裝置，其中當該第一控制信號的責任週期小於一第五預設值，且該第二控制信號的責任週期小於一第六預設值時，該第一模式決定電路設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第一控制信號及該第二控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
30. 如請求項25或26所述的控制裝置，另包含：
    一第二模式決定電路，當該升降壓式轉換器的一輸入電壓與該輸出電壓的差值位於一預設的範圍內時，用以設置該信號選擇電路，使該控制裝置以該第三控制信號及該第四控制信號控制該第一、該第二、該第三和該第四開關。
31. 如請求項24所述的控制裝置，其中該第一周期信號與該第二周期信號實質上相同，並且該第一周期信號與該第三周期信號實質上不相同。
32. 如請求項24或31所述的控制裝置，其中該第一回授信號與該第二回授信號的一信號差值大於該第一回授信號的峰至峰值電壓及/或該第二回授信號的峰至峰值電壓。
33. 如請求項24所述的控制裝置，其中該第一回授信號與該第二回授信號實質上相同，並且該第一回授信號與該第三回授信號實質上不相同。
34. 如請求項24或33所述的控制裝置，其中該第一周期信號與該第二周期信號的一信號差值大於該第一周期信號的峰至峰值電壓及/或該第二周期信號的峰至峰值電壓。