TWI463767B - 用於穩壓器的控制電路及相關的控制方法 - Google Patents

Description

用於穩壓器的控制電路及相關的控制方法

本發明有關切換式穩壓器的技術，尤指一種用於切換式穩壓器的控制電路及相關的控制方法。

切換式穩壓器(switching regulator)必需仰賴控制電路中的控制信號產生器(例如PWM信號產生器)的控制，才能產生穩定的輸出電壓，因此，控制電路在切換式穩壓器的運作中扮演很重要的角色。

切換式穩壓器的控制電路中需要設置適當的啟動電路，才能啟動控制信號產生器的運作。然而，傳統控制電路中的啟動電路需要從控制電路外部接收適當的啟動電壓，才能啟動控制電路內部的控制信號產生器。因此，必需為控制電路提供專屬的信號接腳，以供啟動電路接收啟動電壓之用。

當啟動電路啟動了控制電路中的控制信號產生器之後，啟動電路便會停止運作，也不需要再從控制電路外部接收啟動電壓。因此，控制電路上用來接收啟動電壓的專屬接腳便會一直處於閒置狀態，而造成接腳使用上的浪費。尤其積體電路產品常因接腳較多而需要使用體積較大的封裝(package)，而使得晶片(die)的面積 常常遠小於封裝的面積，不但會浪費材料而造成環保問題，也會造成積體電路產品的體積無法有效地縮小。因此，若要使切換式穩壓器的控制電路能選用較小的封裝尺寸，則顯然必需進一步精簡控制電路的接腳數量。

有鑑於此，如何有效精簡穩壓器的控制電路的接腳數量，以有效降低電路晶片的面積和成本，實為業界有待解決的問題。

本說明書提供了一種用於一穩壓器的控制電路的實施例，該穩壓器包含有一電感，該控制電路包含有：一功率開關；一電壓輸入端，用於耦接該電感的一端；一控制信號產生器，耦接於該功率開關的控制端，用於控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端和該功率開關的第一端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。

本說明書另提供一種用於一穩壓器的控制電路的實施例，該穩壓器包含有一功率開關和一電感，該控制電路包含有：一電壓輸入端，用於耦接該電感的一端；一控制信號產生器，用於耦接該功率開關的控制端，以控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一 比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、以及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。

本說明書另提供一種用於一穩壓器的控制電路的實施例，該穩壓器包含有一電感和一二極體，該控制電路包含有：一功率開關，其第二端用於耦接於該電感和該二極體；一電壓輸入端，用於耦接該穩壓器的輸入電壓；一控制信號產生器，耦接於該功率開關的控制端，用於控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端和該功率開關的第一端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。

本說明書另提供一種用於一穩壓器的控制電路的實施例，該穩壓器包含有一功率開關和一電感，該控制電路包含有：一電壓輸入端，用於耦接該穩壓器的輸入電壓；一控制信號產生器，用於耦接該功率開關的控制端，以控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制 端、以及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。

上述控制電路的優點之一，是電壓輸入端上的電壓可用來做為控制信號產生器的啟動電壓，可節省控制電路所需的信號接腳。

上述控制電路的另一優點，是在控制信號產生器啟動之後，控制電路無需依賴其他外部偏壓電路提供的偏壓也能正常運作。因此，在穩壓器中不需要另設置額外的偏壓線圈，可降低電路設計上的複雜度和電路成本。

本說明書另提供一種控制一穩壓器的方法，該穩壓器包含有一電感及一功率開關，該方法包含有：提供一電壓輸入端，用於耦接該電感的一端；提供一控制信號產生器，用於耦接該功率開關的控制端，以控制該功率開關的運作；提供一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；提供一參考電壓；比較該參考電壓和一回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及依據該操作電壓產生該回授信號。

本發明的其他優點將藉由以下的說明和附圖進行更詳細的解說。

100、300、600、900‧‧‧返馳式穩壓器

110‧‧‧橋式整流器

112、412、512、1212‧‧‧電感

114、414、514、127、1214‧‧‧回授電路

116‧‧‧偏壓線圈

120、620、920‧‧‧控制電路

121‧‧‧電壓輸入端

122‧‧‧功率開關

123‧‧‧控制信號產生器

124、324‧‧‧電晶體

125‧‧‧參考電壓控制器

126‧‧‧比較器

128、1216‧‧‧二極體

129‧‧‧限流器

130‧‧‧電容

400、700、1000‧‧‧升壓式穩壓器

500、800、1100、1200、1300、1400‧‧‧降壓式穩壓器

621‧‧‧開關連接端

圖1為本發明的返馳式穩壓器的一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖2為圖1中的控制電路的一運作實施例簡化後的時序圖。

圖3為本發明的返馳式穩壓器的另一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖4為本發明的升壓式穩壓器的一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖5為本發明的降壓式穩壓器的一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖6為本發明的返馳式穩壓器的另一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖7為本發明的升壓式穩壓器的另一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖8為本發明的降壓式穩壓器的另一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖9為本發明的返馳式穩壓器的另一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖10為本發明的升壓式穩壓器的另一實施例簡化後的功能方塊圖。

圖11~14為本發明的降壓式穩壓器的不同實施例簡化後的功能方塊圖。

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

在繪示圖式時，某些信號的刻度及信號間的相對比例會被加以調整，以使圖式的內容能清楚地表達。另外，某些信號的形狀會被 簡化以方便繪示。因此，圖式中所繪示的各信號的形狀及相對比例，除非申請人有特別指明，否則不應被用來限縮本發明的範圍。

在說明書及後續的請求項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。本說明書及後續的請求項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作為區分的基準。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」一詞在此包含任何直接及間接的連接手段。因此，若文中描述一第一元件耦接於一第二元件，則代表該第一元件可直接(包含透過電性連接或無線傳輸、光學傳輸等信號連接方式)連接於該第二元件，或透過其他元件或連接手段間接地電性或信號連接至該第二元件。

在此所使用的「及/或」的描述方式，包含所列舉的其中之一或多個項目的任意組合。另外，除非本說明書中有特別指明，否則任何單數格的用語都同時包含複數格的涵義。

圖1為本發明一實施例的返馳式穩壓器(flyback regulator)100簡化後的功能方塊圖。返馳式穩壓器100包含有橋式整流器110、電感112、回授電路114、控制電路120、以及其他電路元件。橋式整流器110用於將交流電源提供的交流電壓Vac整流成直流輸入電壓Vin。控制電路120用於控制返馳式穩壓器100的運作，以使返馳式穩壓器100將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。控制電路120包含有電壓輸入端121、功率開關 122、控制信號產生器123、第一電晶體124、參考電壓控制器125、比較器126、第一回授電路127、二極體128、以及限流器(current limiter)129。在圖1的實施例中，返馳式穩壓器100的功率開關122整合在控制電路120中。

電壓輸入端121用於耦接返馳式穩壓器100中的電感112的一端(例如電流輸出端)，且電壓輸入端121上的電壓以Vd表示。在本實施例中，功率開關122的第一端耦接於電壓輸入端121，而功率開關122的第二端則耦接於固定電壓(例如接地端)。因此，在本實施例中，電壓輸入端121上的電壓Vd即為功率開關122的跨壓。控制信號產生器123用於耦接功率開關122，以控制功率開關122的運作，使得返馳式穩壓器100產生所需的輸出電壓Vout。實作上，控制信號產生器123可以用PWM信號產生器來實現。此外，也可以在控制信號產生器123內設置適當的驅動電路，或是在控制信號產生器123與功率開關122間設置適當的驅動電路。

電晶體124的第一端耦接於電壓輸入端121，且電晶體124的第二端耦接於控制信號產生器123。參考電壓控制器125用於提供並調整參考電壓Vref。比較器126耦接於參考電壓控制器125、電晶體124的控制端、以及第一回授信號Vf，用於比較參考電壓Vref和回授信號Vf以切換電晶體124的運作，藉此控制控制信號產生器123的操作電壓Vcc的大小。回授電路127耦接於比較器126，用於依據操作電壓Vcc產生第一回授信號Vf。如圖1所示，回授電路127可用簡單的電阻將操作電壓Vcc進行分壓，用於產生與操作電壓Vcc成比例關係的回授信號Vf。在其他實施例中，也可用其他合適的元件或是電路架構來實現回授電路127。

二極體128可設置於電壓輸入端121和回授電路127之間的信號路徑上，用於防止電壓輸入端121發生漏電流的情況。限流器129可設置於電壓輸入端121和回授電路127之間的信號路徑上，用於限制流經該信號路徑的電流大小，藉以保護電晶體124。例如，在圖1的實施例中，限流器129是設置於電晶體124的第二端和回授電路127之間，而二極體128則是設置於限流器129與回授電路127之間。在其他實施例中，也可將二極體128改設置在限流器129的前級。此外，也可以將二極體128及/或限流器129改設置在電壓輸入端121與電晶體124的第一端之間。

在控制電路120中，電晶體124、參考電壓控制器125、比較器126、回授電路127、二極體128、以及限流器129可以搭配運作，以作為控制信號產生器123的啟動電路。以下將搭配圖2來進一步說明控制電路120啟動控制信號產生器123的方式以及後續的運作方式。

圖2為圖1中的控制電路120的一運作實施例所產生的信號簡化後的時序圖。如圖2所示，當返馳式穩壓器100通電後，由於電感112的電流會逐漸上升，所以電壓輸入端121上的電壓Vd(亦即功率開關122的跨壓)會逐漸上升到與穩壓器110的輸入電壓Vin接近或相同的程度。在控制信號產生器123被啟動之前，電晶體124會處於導通(turn on)狀態，且參考電壓控制器125會將參考電壓Vref設置為第一水平TH1，使得操作電壓Vcc隨著電壓輸入端121上的電壓Vd逐漸上升到第一預定電壓值V1。在本實施例中，預定電壓值V1會比控制信號產生器123所需的正常操作電壓更高，以確保控制信號產生器123能獲得足夠高的操作電壓。當操作電壓 Vcc於時間T1達到預定電壓值V1時，比較器126便會截止電晶體124，使操作電壓Vcc不會跟隨電壓輸入端121上的電壓Vd而繼續上升。

當操作電壓Vcc達到足以啟動控制信號產生器123的程度時，例如，在時間T1附近時，控制信號產生器123便會開始啟動運作。在運作時，控制信號產生器123會依據穩壓器110中的第二回授電路114產生的第二回授信號FB產生控制信號CS，以控制功率開關122。控制信號CS會在高電位以及低電位之間交替地切換，以交替地導通功率開關122和截止(turn off)功率開關122。

如前所述，當操作電壓Vcc達到預定電壓值V1時，亦即時間T1時，比較器126便會截止電晶體124。此時，參考電壓控制器125也會將參考電壓Vref調降到第二水平TH2，使得操作電壓Vcc隨著控制信號產生器123等電路的電流消耗而逐漸降低到第二預定電壓值V2。在操作電壓Vcc於時間T2降到第二預定電壓值V2之後，比較器126會比較參考電壓Vref和回授信號Vf以切換電晶體124的運作，藉此控制控制信號產生器123的操作電壓Vcc的大小，使操作電壓Vcc維持在預定電壓值V2的附近。

換言之，在控制信號產生器123啟動之後，電晶體124、參考電壓控制器125、比較器126、回授電路127、二極體128、以及限流器129會繼續運作，以扮演控制電路120的內部穩壓器的角色。如此一來，在控制信號產生器123啟動之後，控制電路120無需依賴其他外部偏壓線圈提供的偏壓也能正常運作，因此，在返馳式穩壓器100中便不需要另設置額外的偏壓線圈，故可降低返馳式穩壓器100在電路設計上的複雜度和整體成本。

實作上，控制電路120中的電晶體124可用空乏式金氧半場效電晶體實現，也可以用其他架構的電晶體實現。此外，操作電壓Vcc也可以用來做為控制電路120中的其他元件的操作電壓。

由前述說明可知，電壓輸入端121上的電壓Vd不僅決定功率開關122的跨壓，還可用來做為控制信號產生器123的啟動電壓。換言之，電壓輸入端121是由功率開關122和控制信號產生器123的啟動電路所共用。因此，控制電路120無需為控制信號產生器123的啟動電路設置額外的啟動電壓接腳，故可達成精簡電路接腳數量的目的。

實作上，控制電路120中的限流器129可以用電阻、接面場效電晶體(JFET)、或是空乏式金氧半場效電晶體實現，也可以用其他有限流特性的元件或是裝置實現。在某些實施例中，則可以將二極體128及/或限流器129省略，以節省控制電路120的電路面積。

在前述的返馳式穩壓器100中，還可於控制電路120外部增設一外掛電容130，並將電容130耦接於控制電路120中的操作電壓Vcc，以降低操作電壓Vcc的雜訊，使操作電壓Vcc更穩定。

另外，還可於返馳式穩壓器100中設置偏壓線圈116，並將偏壓線圈116耦接於控制電路120中的操作電壓Vcc，以使返馳式穩壓器100的使用者或製造商能利用偏壓線圈116提供的偏壓來設定控制信號產生器123的操作電壓Vcc的大小。

圖3為本發明另一實施例的返馳式穩壓器300簡化後的功能方塊圖。返馳式穩壓器300與前述的返馳式穩壓器100很類似，差別在於返馳式穩壓器300中的控制電路120另包含有一第二電晶體324。 電晶體324的第一端耦接於電壓輸入端121、第二端耦接於功率開關122、且控制端耦接於控制信號產生器123。實作上，控制信號產生器123可用相同的控制方式來同步切換功率開關122和電晶體324。

在圖3的實施例中，由於電晶體324設置於電壓輸入端121與功率開關122之間，所以電壓輸入端121上的電壓Vd不會直接傳導到功率開關122，故可降低對功率開關122的抗高壓能力的要求，進而降低功率開關122的硬體成本。

與前述實施例類似，在控制信號產生器123啟動之後，控制電路120無需依賴其他外部偏壓線圈提供的偏壓也能正常運作，因此，在返馳式穩壓器300中不需要另設置額外的偏壓線圈，故可降低返馳式穩壓器300在電路設計上的複雜度和整體成本。在一實施例中，控制電路120中的電晶體124和電晶體324可用兩顆空乏式金氧半場效電晶體來實現。在另一實施例中，電晶體124和電晶體324可用同一顆空乏式金氧半場效電晶體晶片切割而成，且該空乏式金氧半場效電晶體晶片的第一端(例如汲極)由電晶體124和電晶體324共用，以進一步降低電路成本。

有關前述圖1實施例的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖3的返馳式穩壓器300中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

前述的控制電路120也可應用在升壓式穩壓器或降壓式穩壓器的架構中。例如，圖4為本發明一實施例的升壓式穩壓器400簡化後的功能方塊圖。升壓式穩壓器400包含有橋式整流器110、電感 412、回授電路414、控制電路120、以及其他電路元件。控制電路120用於控制升壓式穩壓器400的運作，以使升壓式穩壓器400將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。與前述的實施例類似，圖4中的控制電路120的電壓輸入端121同樣耦接於升壓式穩壓器400中的電感412的一端(例如電流輸出端)，且控制電路120中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路414產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制功率開關122的運作。

有關前述圖1和圖3中的控制電路120的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖4的控制電路120中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

圖5為本發明一實施例的對稱型降壓式穩壓器500簡化後的功能方塊圖。降壓式穩壓器500包含有電感512、回授電路514、驅動電路516、功率開關518、控制電路120、以及其他電路元件。控制電路120用於控制降壓式穩壓器500的運作，以使降壓式穩壓器500將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。與前述的實施例類似，圖5中的控制電路120的電壓輸入端121同樣耦接於降壓式穩壓器500中的電感512的一端(例如電流輸入端)。在本實施例中，功率開關518用來做為降壓式穩壓器500的上橋功率開關，而控制電路120中的功率開關122則用來做為降壓式穩壓器500的下橋功率開關。控制電路120中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路514產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制功率開關122的運作。降壓式穩壓器500的驅動電路516則會依據控制信號CS產生上橋控制信號UG，以控制功率開關 518的運作。

實作上，也可以將降壓式穩壓器500中的驅動電路516整合到控制電路120的控制信號產生器123中，以簡化降壓式穩壓器500的電路設計。

有關前述圖1和圖3中的控制電路120的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖5的控制電路120中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

實作上，亦可將前述控制電路120中的功率開關122改設置在穩壓器的其他功能方塊中。

例如，圖6所繪示為本發明另一實施例的返馳式穩壓器600簡化後的功能方塊圖。返馳式穩壓器600包含有橋式整流器110、電感112、回授電路114、控制電路620、以及其他電路元件。返馳式穩壓器600和控制電路620類似於前述圖3中的返馳式穩壓器300和控制電路120，差別在於功率開關122的設置位置有所不同。在圖3的實施例中，功率開關122是整合在控制電路120中，但在圖6的實施例中，功率開關122則是設置在控制電路620外。

如圖6所示，控制電路620另包含有開關連接端621，用於耦接穩壓器610中的功率開關122的第一端。控制電路620中的電晶體324的第二端可透過開關連接端621耦接至穩壓器610中的功率開關122的第一端。與圖3的實施例類似，圖6中的控制電路620的電壓輸入端121同樣用於耦接返馳式穩壓器600中的電感112的一端(例如電流輸出端)。控制電路620中的控制信號產生器123用於耦接功率開關122的控制端，並依據回授電路114產生的回授信號FB來 產生控制信號CS，以控制返馳式穩壓器600中的功率開關122的運作。

與圖3的實施例相同，由於電晶體324設置於電壓輸入端121與功率開關122之間，所以電壓輸入端121上的電壓Vd不會直接傳導到功率開關122，故可降低對功率開關122的抗高壓能力的要求，進而降低功率開關122的硬體成本。

同樣地，在控制電路620中的控制信號產生器123啟動之後，控制電路620無需依賴其他外部偏壓線圈提供的偏壓也能正常運作，因此，在返馳式穩壓器600中不需要另設置額外的偏壓線圈，故可降低返馳式穩壓器600在電路設計上的複雜度和整體成本。

有關前述圖1和圖3的實施例的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖6的返馳式穩壓器600中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

前述的控制電路620也可應用在升壓式穩壓器或降壓式穩壓器的架構中。例如，圖7為本發明另一實施例的升壓式穩壓器700簡化後的功能方塊圖。升壓式穩壓器700包含有橋式整流器110、功率開關122、電感412、回授電路414、控制電路620、以及其他電路元件。控制電路620用於控制升壓式穩壓器700的運作，以使升壓式穩壓器700將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。與圖6的實施例類似，圖7中的控制電路620的電壓輸入端121同樣用於耦接升壓式穩壓器700中的電感412的一端(例如電流輸出端)、控制電路620的開關連接端621同樣用於耦接升壓式穩壓器700中的功率開關122的第一端、且控制電路620中的 控制信號產生器123同樣會依據回授電路414產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制升壓式穩壓器700中的功率開關122的運作。

有關前述實施例中的控制電路120和控制電路620的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖7的控制電路620中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

圖8為本發明另一實施例的對稱型降壓式穩壓器800簡化後的功能方塊圖。降壓式穩壓器800包含有功率開關122、電感512、回授電路514、驅動電路816、功率開關518、控制電路620、以及其他電路元件。控制電路620用於控制降壓式穩壓器800的運作，以使降壓式穩壓器800將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。與前述的實施例類似，圖8中的控制電路620的電壓輸入端121同樣耦接於降壓式穩壓器800中的電感512的一端(例如電流輸入端)、且控制電路620的開關連接端621同樣耦接至降壓式穩壓器800中的功率開關122的第一端、且控制電路620中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路514產生的回授信號FB來產生控制信號CS。在本實施例中，功率開關518用來做為降壓式穩壓器800的上橋功率開關，而功率開關122則用來做為降壓式穩壓器800的下橋功率開關。降壓式穩壓器800中的驅動電路816會依據控制電路620產生的控制信號CS產生上橋控制信號UG和下橋控制信號LG，以分別控制功率開關518和功率開關122的運作。

實作上，也可以將降壓式穩壓器800中的驅動電路816整合到控制電路620的控制信號產生器123中，以簡化降壓式穩壓器800的電路設計。

有關前述實施例中的控制電路120和控制電路620的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖8的控制電路620中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

圖9所繪示為本發明另一實施例的返馳式穩壓器900簡化後的功能方塊圖。返馳式穩壓器900包含有橋式整流器110、功率開關122、電感112、回授電路114、控制電路920、以及其他電路元件。返馳式穩壓器900和控制電路920類似於前述圖1中的返馳式穩壓器100和控制電路120，差別在於功率開關122的設置位置有所不同。在圖1的實施例中，功率開關122是整合在控制電路120中，但在圖9的實施例中，功率開關122則是設置在控制電路920外。

如圖9所示，功率開關122的第一端耦接於電感112的一端(例如電流輸出端)，而功率開關122的第二端則耦接於固定電壓(例如接地端)。與前述的實施例類似，圖9中的控制電路920的電壓輸入端121同樣用於耦接返馳式穩壓器900中的電感112的一端(電流輸出端)。控制電路920中的控制信號產生器123用於耦接功率開關122的控制端，並依據回授電路114產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制返馳式穩壓器900中的功率開關122的運作。

相較於前述圖1的實施例，由於返馳式穩壓器900的功率開關122設置於控制電路920之外，故可進一步減少控制電路920的電路面積。

同樣地，在控制電路920中的控制信號產生器123啟動之後，控制電路920無需依賴其他外部偏壓線圈提供的偏壓也能正常運作，因此，在返馳式穩壓器900中不需要另設置額外的偏壓線圈，故 可降低返馳式穩壓器900在電路設計上的複雜度和整體成本。

有關前述圖1實施例的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖9的返馳式穩壓器900中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

前述的控制電路920也可應用在升壓式穩壓器或降壓式穩壓器的架構中。例如，圖10為本發明另一實施例的升壓式穩壓器1000簡化後的功能方塊圖。升壓式穩壓器1000包含有橋式整流器110、功率開關122、電感412、回授電路414、控制電路920、以及其他電路元件。控制電路920用於控制升壓式穩壓器1000的運作，以使升壓式穩壓器1000將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。與圖9的實施例類似，圖10中的控制電路920的電壓輸入端121同樣耦接於升壓式穩壓器1000中的電感412的一端(例如電流輸出端)、且控制電路920中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路414產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制升壓式穩壓器1000中的功率開關122的運作。

有關前述實施例中的控制電路120和控制電路920的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖10的控制電路920中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

圖11為本發明另一實施例的對稱型降壓式穩壓器1100簡化後的功能方塊圖。降壓式穩壓器1100包含有功率開關122、電感512、回授電路514、驅動電路816、功率開關518、控制電路920、以及其他電路元件。控制電路920用於控制降壓式穩壓器1100的運作，以使降壓式穩壓器1100將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓 Vout，以供後級負載使用。與前述的實施例類似，圖11中的控制電路920的電壓輸入端121同樣耦接於降壓式穩壓器1100中的電感512的一端(例如電流輸入端)、且控制電路920中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路514產生的回授信號FB來產生控制信號CS。在本實施例中，功率開關518用來做為降壓式穩壓器1100的上橋功率開關，而功率開關122則用來做為降壓式穩壓器1100的下橋功率開關。降壓式穩壓器1100中的驅動電路816會依據控制電路920產生的控制信號CS產生上橋控制信號UG和下橋控制信號LG，以分別控制功率開關518和功率開關122的運作。

實作上，也可以將降壓式穩壓器1100中的驅動電路816整合到控制電路920的控制信號產生器123中，以簡化降壓式穩壓器1100的電路設計。

有關前述實施例中的控制電路120和控制電路920的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖11的控制電路920中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

如前所述，圖5、8、和11中的降壓式穩壓器500、800、和1100是屬於對稱型的降壓式穩壓器架構。實作上，本發明提出的控制電路120、620、或920亦可應用在非對稱型的降壓式穩壓器的架構中。例如，圖12為本發明一實施例的非對稱型降壓式穩壓器1200簡化後的功能方塊圖。在本實施例中，降壓式穩壓器1200包含有電感1212、回授電路1214、二極體1216、控制電路120、以及其他電路元件。控制電路120用於控制降壓式穩壓器1200的運作，以使降壓式穩壓器1200將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。圖12中的控制電路120的電壓輸入端 121耦接於降壓式穩壓器1200的輸入電壓Vin。功率開關122的第二端耦接於電感1212和二極體1216。控制電路120中的控制信號產生器123會依據回授電路1214產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制功率開關122的運作。

實作上，也可以將降壓式穩壓器1200中的二極體1216整合到控制電路120中，以簡化降壓式穩壓器1200的電路設計。

有關前述實施例中的控制電路120的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖12的控制電路120中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

圖13為本發明另一實施例的非對稱型降壓式穩壓器1300簡化後的功能方塊圖。在本實施例中，降壓式穩壓器1300包含有功率開關122、電感1212、回授電路1214、二極體1216、控制電路620、以及其他電路元件。控制電路620用於控制降壓式穩壓器1300的運作，以使降壓式穩壓器1300將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。圖13中的控制電路620的電壓輸入端121耦接於降壓式穩壓器1300的輸入電壓Vin。控制電路620的開關連接端621耦接於功率開關122的第一端。功率開關122的第二端耦接於電感1212和二極體1216。控制電路620中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路1214產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制功率開關122的運作。

有關前述實施例中的控制電路620的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖13的控制電路620中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

圖14為本發明另一實施例的非對稱型降壓式穩壓器1400簡化後的功能方塊圖。在本實施例中，降壓式穩壓器1400包含有功率開關122、電感1212、回授電路1214、二極體1216、控制電路920、以及其他電路元件。控制電路920用於控制降壓式穩壓器1400的運作，以使降壓式穩壓器1400將輸入電壓Vin轉換成穩定的輸出電壓Vout，以供後級負載使用。圖14中的控制電路920的電壓輸入端121耦接於降壓式穩壓器1400的輸入電壓Vin和功率開關122的第一端。功率開關122的第二端耦接於電感1212和二極體1216。控制電路920中的控制信號產生器123同樣會依據回授電路1214產生的回授信號FB來產生控制信號CS，以控制功率開關122的運作。

有關前述實施例中的控制電路920的實施方式、運作方式、以及相關優點的其他說明，也適用於圖14的控制電路920中，為簡潔起見，在此不重複敘述。

在前述的部分實施例中，控制電路120或控制電路620中的電晶體324的控制端是耦接於控制信號產生器123的輸出端，但這僅是一實施例，而非侷限前述控制電路120或控制電路620的實際實施方式。例如，在電晶體324是以空乏式金氧半場效電晶體來實現的某些實施例中，亦可將電晶體324的控制端改耦接到一固定電壓(例如接地端)，使電晶體324保持在導通(turn on)狀態。

另外，亦可將前述部分實施例中的橋式整流器110改用其他的整流器架構實現。在某些實施例中，甚至可將橋式整流器110省略。例如，當穩壓器可從其他前級電路接收到直流輸入電壓Vin時，便可將橋式整流器110省略。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明請求項所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100‧‧‧返馳式穩壓器

110‧‧‧橋式整流器

112‧‧‧電感

114、127‧‧‧回授電路

116‧‧‧偏壓線圈

120‧‧‧控制電路

121‧‧‧電壓輸入端

122‧‧‧功率開關

123‧‧‧控制信號產生器

124‧‧‧電晶體

125‧‧‧參考電壓控制器

126‧‧‧比較器

128‧‧‧二極體

129‧‧‧限流器

130‧‧‧電容

Claims (41)

1. 一種用於一穩壓器的控制電路，該穩壓器包含有一電感，該控制電路包含有：一功率開關；一電壓輸入端，用於耦接該電感的一端；一控制信號產生器，耦接於該功率開關的控制端，用於控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端和該功率開關的第一端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。
2. 如請求項1所述的控制電路，其中該參考電壓控制器會在一第一時間點前將該參考電壓設置在一第一水平，以使該操作電壓隨著該電壓輸入端上的電壓逐漸上升到一第一預定電壓值，且該參考電壓控制器會於該第一時間點後將該參考電壓調降到一第二水平，以使該操作電壓逐漸降低到一第二預定電壓值；其中當該操作電壓降到該第二預定電壓值之後，該比較器會控制 該第一電晶體的運作，以使該操作電壓維持在該第二預定電壓值。
3. 如請求項2所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該第一電晶體的第二端和該回授電路之間的信號路徑上。
4. 如請求項3所述的控制電路，其中該限流器為一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
5. 如請求項1所述的控制電路，其另包含有：一二極體，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
6. 如請求項1所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
7. 如請求項6所述的控制電路，其中該限流器是一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
8. 如請求項7所述的控制電路，其中該限流器耦接於該第一電晶體的第二端與該回授電路之間。
9. 如請求項1至8中任一項所述的控制電路，其另包含有：一第二電晶體，其中該第二電晶體的第一端耦接於該電壓輸入端、第二端耦接於該功率開關的第一端、且控制端耦接於該控制信號產生器或一固定電壓。
10. 如請求項9所述的控制電路，其中該第一電晶體和該第二電晶體是用同一顆空乏式金氧半場效電晶體晶片切割而成，且該空乏式金氧半場效電晶體晶片的汲極由該第一電晶體和該第二電晶體共用。
11. 一種用於一穩壓器的控制電路，該穩壓器包含有一功率開關和一電感，該控制電路包含有：一電壓輸入端，用於耦接該電感的一端；一控制信號產生器，用於耦接該功率開關的控制端，以控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、以及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。
12. 如請求項11所述的控制電路，其中該參考電壓控制器會在一第一時間點前將該參考電壓設置在一第一水平，以使該操作電壓隨著該電壓輸入端上的電壓逐漸上升到一第一預定電壓值，且該參考電壓控制器會於該第一時間點後將該參考電壓調降到一第二水平，以使該操作電壓逐漸降低到一第二預定電壓值；其中當該操作電壓降到該第二預定電壓值之後，該比較器會控制該第一電晶體的運作，以使該操作電壓維持在該第二預定電壓值。
13. 如請求項12所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該第一電晶體的第二端和該回授電路之間的信號路徑上。
14. 如請求項13所述的控制電路，其中該限流器為一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
15. 如請求項11所述的控制電路，其另包含有：一二極體，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
16. 如請求項11所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
17. 如請求項16所述的控制電路，其中該限流器是一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
18. 如請求項17所述的控制電路，其中該限流器耦接於該第一電晶體的第二端與該回授電路之間。
19. 如請求項11至18中任一項所述的控制電路，其另包含有：一第二電晶體，其中該第二電晶體的第一端耦接於該電壓輸入端、第二端用於耦接該功率開關的第一端、且控制端耦接於該控制信號產生器或一固定電壓。
20. 如請求項19所述的控制電路，其中該第一電晶體和該第二電晶體是用同一顆空乏式金氧半場效電晶體晶片切割而成，且該空乏式金氧半場效電晶體晶片的汲極由該第一電晶體和該第二電晶體共用。
21. 一種控制一穩壓器的方法，該穩壓器包含有一電感及一功率開關，該方法包含有：提供一電壓輸入端，用於耦接該電感的一端；提供一控制信號產生器，用於耦接該功率開關的控制端，以控制該功率開關的運作； 提供一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；產生一參考電壓；比較該參考電壓和一回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及依據該操作電壓產生該回授信號。
22. 一種用於一穩壓器的控制電路，該穩壓器包含有一電感和一二極體，該控制電路包含有：一功率開關，其第二端用於耦接於該電感和該二極體；一電壓輸入端，用於耦接該穩壓器的輸入電壓；一控制信號產生器，耦接於該功率開關的控制端，用於控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端和該功率開關的第一端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。
23. 如請求項22所述的控制電路，其中該參考電壓控制器會在一第一時間點前將該參考電壓設置在一第一水平，以使該操作電壓隨著該電壓輸入端上的電壓逐漸上升到一第一預定電壓值，且該參考電壓控制器會於該第一時間點後將該參考電壓調降到一第二水平 ，以使該操作電壓逐漸降低到一第二預定電壓值；其中當該操作電壓降到該第二預定電壓值之後，該比較器會控制該第一電晶體的運作，以使該操作電壓維持在該第二預定電壓值。
24. 如請求項23所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該第一電晶體的第二端和該回授電路之間的信號路徑上。
25. 如請求項24所述的控制電路，其中該限流器為一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
26. 如請求項22所述的控制電路，其另包含有：一二極體，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
27. 如請求項22所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
28. 如請求項27所述的控制電路，其中該限流器是一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
29. 如請求項28所述的控制電路，其中該限流器耦接於該第一電晶體的第二端與該回授電路之間。
30. 如請求項22至29中任一項所述的控制電路，其另包含有：一第二電晶體，其中該第二電晶體的第一端耦接於該電壓輸入端、第二端耦接於該功率開關的第一端、且控制端耦接於該控制信號產生器或一固定電壓。
31. 如請求項30所述的控制電路，其中該第一電晶體和該第二電晶體是用同一顆空乏式金氧半場效電晶體晶片切割而成，且該空乏式 金氧半場效電晶體晶片的汲極由該第一電晶體和該第二電晶體共用。
32. 一種用於一穩壓器的控制電路，該穩壓器包含有一功率開關和一電感，該控制電路包含有：一電壓輸入端，用於耦接該穩壓器的輸入電壓；一控制信號產生器，用於耦接該功率開關的控制端，以控制該功率開關的運作；一第一電晶體，其第一端耦接於該電壓輸入端，且該第一電晶體的第二端耦接於該控制信號產生器；一參考電壓控制器，用於控制一參考電壓；一比較器，耦接於該參考電壓控制器、該第一電晶體的控制端、以及一回授信號，用於比較該參考電壓和該回授信號以切換該第一電晶體的運作，以控制該控制信號產生器的一操作電壓的大小；以及一回授電路，耦接於該比較器，用於依據該操作電壓產生該回授信號。
33. 如請求項32所述的控制電路，其中該參考電壓控制器會在一第一時間點前將該參考電壓設置在一第一水平，以使該操作電壓隨著該電壓輸入端上的電壓逐漸上升到一第一預定電壓值，且該參考電壓控制器會於該第一時間點後將該參考電壓調降到一第二水平，以使該操作電壓逐漸降低到一第二預定電壓值；其中當該操作電壓降到該第二預定電壓值之後，該比較器會控制該第一電晶體的運作，以使該操作電壓維持在該第二預定電壓值。
34. 如請求項33所述的控制電路，其另包含有： 一限流器，設置於該第一電晶體的第二端和該回授電路之間的信號路徑上。
35. 如請求項34所述的控制電路，其中該限流器為一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
36. 如請求項32所述的控制電路，其另包含有：一二極體，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
37. 如請求項32所述的控制電路，其另包含有：一限流器，設置於該電壓輸入端和該回授電路之間的信號路徑上。
38. 如請求項37所述的控制電路，其中該限流器是一電阻、一接面場效電晶體、或是一空乏式金氧半場效電晶體。
39. 如請求項38所述的控制電路，其中該限流器耦接於該第一電晶體的第二端與該回授電路之間。
40. 如請求項32至39中任一項所述的控制電路，其另包含有：一第二電晶體，其中該第二電晶體的第一端耦接於該電壓輸入端、第二端用於耦接該功率開關的第一端、且控制端耦接於該控制信號產生器或一固定電壓。
41. 如請求項40所述的控制電路，其中該第一電晶體和該第二電晶體是用同一顆空乏式金氧半場效電晶體晶片切割而成，且該空乏式金氧半場效電晶體晶片的汲極由該第一電晶體和該第二電晶體共用。