TWI463778B - 電流模式直流轉換器及其直流轉換方法 - Google Patents

電流模式直流轉換器及其直流轉換方法 Download PDF

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    • H02M3/1582—Buck-boost converters

Description

電流模式直流轉換器及其直流轉換方法
本發明有關於一種直流轉換器，特別是有關於一種電流模式控制的電流模式直流轉換器。
現今的電子產品之電源供應需求十分多樣化，而實際上的供電源通常只能提供少數幾個固定區間的電壓值，故具有升降壓功能的直流轉換器是電子產品運作時所需的重要部件。
請參照圖1，圖1為習知H型橋式轉換器之電路圖。H型橋式轉換器常見於現有的升降壓轉換器的設計中，且H型橋式轉換器包括電感L與四個開關SW1~SW4，其中開關SW1耦接於電感L與輸入電壓VBAT之間，開關SW2、SW3分別耦接於電感L的兩端與接地端GND之間，而開關SW4則耦接於電感L的一端與輸出端之間。輸出端則耦接有一輸出電容COUT。H型橋式轉換器為直流對直流電壓轉換器(DC to DC converter)可以將輸入電壓VBAT轉換為輸出電壓VOUT。上述開關SW1~SW4可由功率電晶體實現，而輸入電壓VBAT則可由電池提供。
H型橋式轉換器的充放電路徑如圖1中的虛線所示，在充電過程中，充電路徑由導通的開關SW1、SW3形成，可以對電感L進行充電。在放電過程中，放電路徑由導通的開關SW2、SW4形成，電感L中所儲存的電量會放電至輸出端以產生輸出電壓VOUT。依據伏秒平衡(inductor volt-second balance)定理，可導出平均輸出電流ILoad 與電感電流IL(avg.) 的關係式為IL(avg.) =ILoad /(1-D)，其中D為責任週期。當VBAT=VOUT，D為50%，故電感電流IL(avg.) 為輸出電流ILoad 的兩倍，而H型橋式轉換器的電感L的電流IL 之波形如圖2所示，圖2繪示習知H型橋式轉換器之電感的電流之波形圖。
由上述可知，H型橋式轉換器在每一個週期需要切換四個開關，開關的導通與關閉會產生功率損耗，而且當責任週期為50%時，電感電流是負載電流的兩倍，也會導致損失是升壓轉換器或降壓轉換器的四倍。
本發明提供一種電流模式直流轉換器，運用電流模式控制來得到快速暫態反應，並且運用峰值電流控制(Peak current control)與谷值電流控制(Valley current control)來分別控制降壓模式(Buck mode)與升壓模式(Boost mode)的運作。另外，本發明使用脈衝遮蔽(pulse skipping)技術來延長電感充電或放電的時間以使電流模式直流轉換器順利進行降壓與升壓模式間的切換。本發明更提出功率級能量追蹤路徑，可以快速調變輸出電壓以符合後端系統的需求。
本發明實施例提供一種電流模式直流轉換器，具有輸入端、輸出端與耦接於輸出端的輸出電容。輸入端用以接收輸入電壓，而輸出端用以產生輸出電壓。電流模式直流轉換器包括電壓轉換器以及控制電路。電壓轉換器包括電感，而控制電路用以偵測通過電感之電流以決定電壓轉換器轉換至輸出端之能量。
本發明實施例另提供一種直流轉換方法，用以利用電壓轉換器將電壓源之能量轉換至輸出端。直流轉換方法包括提供電壓源，且電壓源耦接至電壓轉換器。偵測通過電壓轉換器中電感之電流。以及根據所偵測到的電流決定電壓轉換器轉換至輸出端之能量。
綜上所述，本發明實施例所提供的電流模式直流轉換器及直流轉換方法可得到快速暫態反應，且在快速的向下追蹤過程時，多餘的能量可續存回電壓源。
為使能更進一步瞭解本發明之特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，但是此等說明與所附圖式僅係用來說明本發明，而非對本發明的權利範圍作任何的限制。
請參照圖3，圖3繪示本發明實施例之電流模式直流轉換器之電路示意圖。電流模式直流轉換器300用以將輸入電壓VBAT轉換為輸出電壓VOUT以提供給負載330使用，其中電流模式直流轉換器300包括電壓轉換器310與控制電路，其中控制電路尚包括開關M1、M2與控制單元320。電壓轉換器310包括開關M3~M6、電感L與輸出電容COUT。
電壓轉換器310的輸入端IN用以接收輸入電壓VBAT，並連接有一輸入電容CBAT。電壓轉換器310的輸出端OUT用以產生輸出電壓VOUT。開關M3耦接於輸入端IN與電感L的第一端T1之間，而開關M4則耦接於電感L的第一端T1與接地端GND之間。開關M5耦接於電感L的第二端T2與接地端GND之間，而開關M6耦接於電感L的第二端T2與輸出端OUT之間。開關M1耦接於輸入端IN與電感L的第二端T2之間，而開關M2耦接於電感L的第一端T1與輸出端OUT之間。控制單元320耦接於電感L的兩端T1、T2，根據通過電感L的電流、輸出電壓VOUT與系統控制電壓VCON輸出驅動信號SWA ~SWF 至開關M1~M6以導通或關閉開關M1~M6。控制單元320會根據電感L兩端T1、T2的電壓LX1、LX2感測通過電感L的電流，並且據以調整輸出端OUT之能量(輸出電壓VOUT)。
值得注意的是，上述開關M1~M6可由功率電晶體實現，而系統控制電壓VCON則是用來指示後端系統的負載330之功率需求，例如待機模式或工作模式的切換。在工作模式中，後端系統會要求電流模式直流轉換器300將輸出電壓VOUT提高至工作電壓，而在待機模式中，後端系統會要求電流模式直流轉換器300將輸出電壓VOUT降低至待機電壓。一般而言，工作電壓大於輸入電壓VBAT，而待機電壓會小於輸入電壓VBAT。
當接收到系統控制電壓VCON指示進行模式的切換時，控制電路會提供功率級能量追蹤路徑以快速調變輸出電壓以符合後端系統的需求。舉例來說，當系統控制電壓VCON(例如由高電位轉換為低電位)要求由待機模式切換至工作模式時，也就是要求輸出電壓VOUT由待機電壓升高至工作電壓時，控制電路會執行一上追蹤程序。為了實現一個快速參考的追蹤速度，需要大電流充電至輸出電容COUT。在充電過程中，必須進行充電電流限制與最大電流限制以避免浪湧電流並實現快速充電的速度。請參照圖4A，圖4A繪示本實施例的上追蹤程序示意圖。此上追蹤程序包括下列步驟：(步驟一)使電壓轉換器310操作在一降壓模式並且導通開關M1，使輸入電壓VBAT直接對輸出電容COUT充電直到輸出電壓VOUT大於輸入電壓；以及(步驟二)當輸出電壓VOUT大於輸入電壓VBAT時，使電壓轉換器300操作在一升壓模式並且關閉開關M1與開關M2以繼續提高輸出電壓VOUT至工作電壓。
值得注意的是，在上述降壓模式中，控制單元320使開關M6導通，開關M5關閉，以及控制開關M3、M4以使電壓轉換器310的操作類似降壓電路一般。反之，在上述升壓模式中，控制單元320使開關M3導通，開關M4關閉，以及控制開關M5、M5以使電壓轉換器310的操作類似升壓電路一般。開關M1、M2則是在進行待機模式與工作模式的切換時才會對應導通，平時開關M1、M2則是處於關閉的狀態。在經由上述實施例之說明後，本技術領域具有通常知識者應可推知其實施方式，在此不加累述。
當系統控制電壓VCON((例如由低電位轉換為高電位))要求由工作模式切換至待機模式時，也就是要求輸出電壓VOUT由工作電壓降低至待機電壓時，控制電路會執行一下追蹤程序以加速將輸出電壓VOUT降低至待機電壓。請參照圖4B，圖4B繪示本實施例的下追蹤程序示意圖。此下追蹤程序包括下列步驟：(步驟一)導通開關M1與開關M2，使輸出電容COUT所儲存的電力回傳至輸入端IN並且控制開關M4，使電感L對輸入端IN放電直到輸出電壓VBAT小於輸入電壓VOUT；以及(步驟二)當輸出電壓VOUT小於輸入電壓VBAT時，控制開關M5，使輸出電壓VOUT對電感L充電與將電力傳送至輸出端OUT直到輸出電壓VOUT達到待機電壓。
在步驟一中，開關M3、M6關閉，而開關M1、M2總是導通，由開關M4決定充放電電流以提供由輸出電容COUT至輸入端IN的最大放電電流。換言之，就電路角度來看，從輸出端OUT看電壓轉換器310，其操作類似一個降壓電路。在步驟二中，從輸出端OUT看電壓轉換器310，其操作類似一個升壓電路，由開關M5決定電感L的充放電電流，直到輸出電壓VOUT接近理想值以實現快速向下追蹤。另外，開關M1、M2不僅可以加快暫態反應時間，且能在向下追蹤過程時，將多餘的能量續存(Recycle)回輸入端IN。若輸入端IN所耦接的電壓源為二次電池，則回傳的電力可以直接用來對二次電池充電。
經由上述說明可知，本實施例之電流模式直流轉換器300可以在負載的工作模式切換時，快速達到調變輸出電壓VOUT的效果。接下來，說明本實施例在暫態時的電路操作方式，本實施例使用電流控制模式來得到快速暫態反應，並且因為電流控制模式，可以使用內嵌式系統補償以減少輸出腳位。請參照圖5，圖5繪示本實施例的電流模式直流轉換器之電路圖。控制單元320會偵測通過電感L的電流以產生一電流信號Vs，並將其與斜率補償信號(升壓補償電流Iboost 與降壓補償電流Ibuck )相加以得到總和信號(未繪示)。總和信號與回授放大器5231所產生的回授信號VEA 相比產生對應於降壓模式的第一控制信號VBU 與對應於升壓模式的第二控制信號VBT 。然後，控制單元320會根據第一控制信號VBU 與第二控制信號VBT 調整驅動信號SWA ~SWF 的責任週期以決定一個週期充放能量的時間。
當輸入電壓VBAT遠大於輸出電壓VOUT時，電流模式直流轉換器300是操作在升壓模式下，此時控制單元320會根據總和信號的谷值與回授信號VEA 的比較結果來控制開關M5、M6的責任週期(此時開關M3維持導通狀態，開關M4維持關閉狀態)。當輸入電壓VBAT遠小於輸出電壓VOUT時，電流模式直流轉換器300是操作降壓模式下，此時控制單元320會根據總和信號的峰值與回授信號VEA 的比較結果來控制開關M3、M4的責任週期(此時開關M6維持導通狀態，開關M5維持關閉狀態)。
當輸入電壓VBAT與輸出電壓VOUT相近時，控制單元320會利用脈衝遮蔽技術使升壓模式與降壓模式順利過渡。在升壓模式下，控制單元320會延長電感L的放電時間，讓電壓轉換器310順利由升壓模式切換至降壓模式。在降壓模式下，控制單元320會延長電感的充電時間，讓電壓轉換器310順利由降壓模式切換至升壓模式。延長的時間可由時脈決定，例如預設延長數個週期以完成升壓模式與降壓模式之間的過渡。這樣的操作方式可以避免因為傳播延遲與開關雜訊因素導致無法決定出最大與最低責任週期，使責任週期在降壓和升壓操作中無法達到100%與0%的問題。
接下來，請參照圖5，進一步說明控制單元320的電路細節，控制單元320包括模式偵測電路501、電流感測電路502、回授電路503、補償電路504、決策電路505、驅動電路506以及時脈產生器507。控制單元320用以控制開關M1~M6，且控制單元320根據電感L兩端T1及T2的電壓LX1以及LX2判斷電壓轉換器310是操作於升壓模式或降壓模式，並根據電壓轉換器310的工作模式與輸出電壓VOUT調整對應於降壓模式的第一控制信號VBU 與對應於升壓模式的第二控制信號VBT 。控制單元320根據第一控制信號VBU 控制開關M3與開關M4；控制單元320根據第二控制信號VBT 控制開關M5與開關M6。須要注意的是，本實施例中之控制單元320僅用以幫助說明，並非用以限定本發明。
復參照圖5，模式判斷電路501根據電感L兩端T1以及T2的電壓LX1以及LX2產生一模式信號VBB 以表示電流模式直流轉換器300是操作於升壓模式或降壓模式。模式判斷電路501的實施方式請參照圖6，圖6為本發明實施例之模式偵測電路之電路圖。模式判斷電路501包括主要控制電路509、次要控制電路510以及解碼器511。模式判斷電路501根據模式信號VBB 、控制信號SWC 以及控制信號SWF 產生模式信號VBB ，並據此判斷該電流模式直流轉換器300操作於降壓模式或升壓模式。在當輸入電壓VBAT與輸出電壓VOUT有劇烈變化時，主要控制電路509藉由比較電感L兩端之電壓LX1以及LX2作為主要判斷機制。當LX1遠高於LX2時，電流模式直流轉換器300工作在降壓模式。相反地，當LX1遠低於LX2時，電流模式直流轉換器300工作在升壓模式。主要控制電路509只有在當開關M3和開關M6導通時比較LX1與LX2，而且電路架構採用推挽式輸出，當LX1高於LX2時，輸出之邏輯D1為高電壓位準(High)。相反地，當LX1低於LX2時邏輯D1為低電壓位準(Low)。
復參照圖6，然而，當輸入電壓VBAT與輸出電壓VOUT相近時，次要控制電路510採用脈衝遮蔽作為次要的判斷模式機制。次要控制電路510包括數個基本數位邏輯閘、第一計數器512、第二計數器513、第一責任週期偵測器514、第二責任週期偵測器515以及閂鎖器516。在降壓模式下，第一責任週期偵測器514偵測責任周期是否大於第一預設值(例如：90%)，若責任週期大於第一預設值時，則第一計數器512將計算有多少個時脈(或脈衝)Clk發生，當時脈Clk達到預定個數時(例如：脈衝遮蔽個數設定為5個，預定值為5)，第一計數器512產生一個觸發信號給閂鎖器516。據此，電流模式直流轉換器300依據解碼器5111輸出的模式信號VBB 切換到升壓模式。
同樣地，在升壓模式下，第二責任週期偵測器515偵測責任周期是否低於第二預設值(例如：10%)，若責任週期低於第二預設值時，則第二計數器513將計算有多少個時脈Clk發生，當時脈Clk個數達到預定值時(例如：預定值為5)，第二計數器513產生一個觸發信號給閂鎖器516。據此，電流模式直流轉換器300依據解碼器511輸出的模式信號VBB 切換到降壓模式。
換句話說，當電流模式直流轉換器300操作在降壓模式中且第一控制信號VBU 的責任週期大於第一預設值時，控制單元320延長開關M3的導通時間以延長電感L的充電時間，然後使電壓轉換器310由降壓模式切換至升壓模式；當電流模式直流轉換器300操作在升壓模式中，第二控制信號VBT 的責任週期小於第二預設值時，控制單元320延長開關M5的關閉時間以延長電感L的放電時間，然後使電壓轉換器310由升壓模式切換至降壓模式。
由於傳播延遲與開關雜訊因素導致無法決定出最大與最低責任週期，使責任周期在降壓和升壓操作無法達到100%或0%，因此，傳統的升降壓電流模式轉換器大多使用緩衝級，使運作模式切換之間插入降壓和升壓的操作，以減少輸出紋波(Ripple)。但是增加開關次數所造成的開關功率損耗增加，往往影響整流效率，使能量轉換效率進一步惡化，並可能降低電池的壽命。採用脈衝遮蔽來判斷模式切換的特點是，當電壓源VBAT 接近VOUT 時，若連續計數的脈衝遮蔽次數達到預定值，則原本的模式才發生轉變，如此，減少了開關次數而提高了功率轉換效率，且能降低升降壓模式切換的誤判機率。
復參照圖5，電流感測電路502用以偵測電感L兩端之電壓LX1以及LX2，並且依據LX1以及LX2之差輸出電流信號Vs至決策電路505。而且電流信號Vs代表流過電感L之電流，故電流偵測信號Vs與電感L兩端之電壓差(LX1與LX2之差)成正比。當電壓轉換器5是操作在降壓模式時，決策電路505根據總和信號(為電流信號Vs與斜率補償信號的和)的峰值調整第一控制信號VBU 的降壓責任週期；當電壓轉換器310是處於升壓模式時，決策電路505根據總和信號的谷值調整第二控制信號VBT 的升壓責任週期。
復參照圖5，回授電路503用以將輸出電壓VOUT回授而產生回授信號VEA 以及觸發信號VTR 。回授電路503包括電阻R1、電阻R2、電阻RCON、第一回授放大器517、第二回授放大器518以及雙模式補償器519。電阻R1之第一端耦接至輸出端OUT，電阻R2之第一端耦接至電阻R1之第二端，而電阻R2之第二端耦接至接地端GND。電阻RCON之第一端耦接至電阻R1之第二端以及電阻R2之第一端，電阻RCON之第二端耦接至外部(未圖示)的系統控制電壓VCON。系統控制電壓VCON透過電阻RCON控制第一電阻R1以及第二電阻R2之分壓VFB 之值。
第一回授放大器517以及第二回授放大器518皆接收分壓VFB 以及一個預定的參考電壓VREF ，而分別輸出回授信號VEA 以及觸發信號VTR 。第一回授放大器517將回授信號VEA 傳送至決策電路505，而第二回授放大器518將觸發電壓VTR 傳送至驅動電路506。
此外，雙模式補償器519是基於電流模式直流轉換器300應用於不同產品的需要，雙模式補償器519用以調整第一回授放大器517所產生的回授信號VEA 而改變該電流模式直流轉換器300的閉迴路頻寬，以確保電流模式直流轉換器300可工作在較寬的頻寬。
補償電路504用以依據輸入電壓VBAT以及輸出電壓VOUT而產生降壓補償信號Ibuck 以及升壓補償信號Iboost 輸出至決策電路505，並作為決策電路505決定第一控制信號VBU 以及第二控制信號VBT 的依據。如此，電流模式直流轉換器300的責任周期將被決定。補償電路504的實施方式可以如圖7所示，圖7為本發明實施例之補償電路之電路圖。補償電路504由電晶體M13～M22、數個放大器、電阻R4～R8、電容CA 以及兩個傳輸閘(transmission gate)所組成。
復參照圖5，決策電路505依據電流偵測信號Vs、降壓補償信號Ibuck 以及升壓補償信號Iboost ，而產生第一控制信號VBU 以及第二控制信號VBT 傳送至驅動電路506。而實施方式可以如圖8所示，圖8為本發明實施例之決策電路之電路圖。決策電路505包括電壓轉電流介面520、第一比較器521、第二比較器522、加法器523、加法器524以及電阻R9、R10。
請同時參照圖8及圖9，圖9A為本發明實施例之脈衝遮蔽技術在降壓模式運用峰值電流控制之波形圖。斜率補償信號VCOM 與電流偵測信號Vs相加而產生總和信號(在此為Vsum1 )，而此總和信號由電壓轉電流介面520、加法器523以及第一比較器521的架構來完成，其中斜率補償信號VCOM 代表圖8中之降壓補償信號Ibuck 之電壓形式。第一比較器521將總和信號與回授信號VEA 相比較，在時脈Clk發生時，若總和信號高於回授信號VEA ，則跳過此時脈Clk。換句話說，第一控制信號VBU 的狀態原本應該在時脈Clk產生時改變，但因跳過一個時脈而被延長原本的狀態。
請再同時參照圖8及圖9，圖9B為本發明實施例之脈衝遮蔽技術在升壓模式運用谷值電流控制之波形圖。斜率補償信號VCOM 與電流偵測信號Vs相加產生總和信號(在此為Vsum2 )，而總和信號由電壓轉電流介面520、加法器523以及第二比較器522的架構來完成，其中斜率補償信號VCOM 代表圖8中之升壓補償信號Iboost 之電壓形式。第二比較器522將總和信號與回授信號VEA 相比較，在時脈Clk發生時，若總和信號低於回授信號VEA ，則跳過此時脈Clk而縮短升壓責任週期。換句話說，第二控制信號VBT 原本應該在時脈Clk產生時改變，但因跳過一個時脈Clk而被延長原本的狀態。
驅動電路506依據模式信號VBB 、第一控制信號VBU 、第二控制信號VBT 以及觸發電壓VTR ，而使電流模式直流轉換器300操作在升壓模式或降壓模式。且驅動電路506輸出控制信號SWA ～SWF 至開關M1～M6之閘極。需要注意的是，降壓模式有一個依據第一控制信號VBU 而得到對應的降壓責任週期，升壓模式有一個依據第二控制信號VBT 而得到對應的升壓責任週期。
時脈產生器507用以產生電流模式直流轉換器300工作時所需要的時脈Clk，並將時脈Clk傳送至模式判斷電路501、補償電路504以及驅動電路506。在本實施例中，時脈Clk之頻率為5MHz。
此外，控制單元320更可以包括最大功率選擇電路508，耦接於驅動電路506，用以將輸入電壓VBAT以及輸出電壓VOUT二者中較大者藉由驅動電壓Vdrive 輸出至驅動電路506，據此提供驅動電路506較大的功率。
根據本發明實施例，上述的電流模式直流轉換器運用電流模式控制，來得到快速暫態反應，且因為電流模式而可以使用內嵌式系統補償，以減少輸出腳位。電流模式直流轉換器還分別運用峰值電流控制與谷值電流控制於降壓模式與升壓模式。此外，使用脈衝遮蔽技術來延長有效責任週期，不需像傳統做法須定義出升降壓區間(Buck-Boost mode)。而且可以快速調變輸出端之電壓以符合後端系統的需求。且在快速的向下追蹤程序時，多餘的能量可續存回電壓源。最後，在穩態時，同一週期內只工作在降壓或升壓模式，能夠減少開關與導通損失。
以上所述僅為本發明之實施例，其並非用以侷限本發明之專利範圍。
1．．．H型橋式升降壓轉換器
300．．．電流模式直流轉換器
310．．．電壓轉換器
320．．．控制單元
330．．．負載
IN．．．輸入端
OUT．．．輸出端
CBAT．．．輸入電容
COUT．．．輸出電容
GND．．．接地端
L．．．電感
SW1～SW4、M1～M6．．．開關
320．．．控制單元
501．．．模式判斷電路
502．．．電流感測電路
503．．．回授電路
504．．．補償電路
505．．．決策電路
506．．．驅動電路
507．．．時脈產生器
508．．．最大功率選擇電路
509．．．主要控制電路
510．．．次要控制電路
512．．．第一計數器
513．．．第二計數器
514．．．第一責任週期偵測器
515．．．第二責任週期偵測器
516．．．閂鎖器
511．．．解碼器
517．．．第一回授放大器
518．．．第二回授放大器
519．．．雙模式補償器
R1～R10．．．電阻
RCON．．．控制電阻
M7～M22．．．電晶體
CA ．．．電容
520．．．電壓轉電流介面
521．．．第一比較器
522．．．第二比較器
523、524．．．加法器
圖1為習知H型橋式轉換器之電路圖。
圖2為習知H型橋式轉換器之電感的電流之波形圖。
圖3為本發明實施例之電流模式直流轉換器之電路示意圖。
圖4A及4B為本發明實施例之電流模式直流轉換器操作在上追蹤以及下追蹤程序之示意圖。
圖5為本發明實施例之電流模式直流轉換器之電路圖。
圖6為本發明實施例之模式判斷電路之電路圖。
圖7為本發明實施例之補償電路之電路圖。
圖8為本發明實施例之決策電路之電路圖。
圖9A及9B為本發明實施例之電流模式直流轉換器在降壓模式以及升壓模式分別運用峰值電流控制及谷值電流控制之波形圖。
300．．．電流模式直流轉換器
310．．．電壓轉換器
320．．．控制單元
330．．．負載
IN．．．輸入端
OUT．．．輸出端
CBAT．．．輸入電容
COUT．．．輸出電容
GND．．．接地端
L．．．電感
M1～M6．．．開關

Claims (17)

  1. 一種電流模式直流轉換器，具有一輸入端、一輸出端與耦接於該輸出端的一輸出電容，該輸入端用以接收一輸入電壓，該輸出端用以產生一輸出電壓，該電流模式直流轉換器包括：一電壓轉換器，包括：以及一電感；一第三開關，耦接於該輸入端與該電感的一第一端之間；以及一第六開關，耦接該電感的一第二端與該輸出端之間；一控制電路，用以偵測通過該電感之電流以決定該電壓轉換器轉換至該輸出端之能量，該控制電路包括：一第一開關，耦接於該輸入端與該電感的該第二端；以及一第二開關，耦接於該輸出端與該電感的該第一端；其中，該控制電路根據一系統控制電壓控制該第一開關與該第二開關，使該輸出電壓由一待機電壓升高至一工作電壓或由該工作電壓降低至該待機電壓，其中該待機電壓小於該輸入電壓，該工作電壓大於該輸入電壓，該系統控制電壓用以指示一負載功率需求。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電流模式直流轉換器，其中當該輸出電壓由該待機電壓升高至該工作電壓時，該控制電路執行一上追蹤程序，該上追蹤程序包括下列步驟： 使該電壓轉換器操作在一降壓模式並且導通該第一開關，使該輸入電壓直接對該輸出電容充電直到該輸出電壓大於該輸入電壓；以及當該輸出電壓大於該輸入電壓時，使該電壓轉換器操作在一升壓模式並且關閉該第一開關與該第二開關以繼續提高該輸出電壓至該工作電壓。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電流模式直流轉換器，其中該電壓轉換器更包括：一第四開關，耦接於該電感的該第一端與一接地端之間；以及一第五開關，耦接於該電感的該第二端與該接地端之間；其中，當該輸出電壓由該工作電壓降低至該待機電壓時，該控制電路執行一下追蹤程序，該下追蹤程序包括下列步驟：導通該第一開關與該第二開關，使該輸出電容所儲存的電力回傳至該輸入端並且控制該第四開關，使該電感對該輸入端放電直到該輸出電壓小於該輸入電壓；以及當該輸出電壓小於該輸入電壓時，控制該第五開關，使該輸出電壓對該電感充電與將電力傳送至該輸出端直到該輸出電壓達到該待機電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電流模式直流轉換器，其中該電壓轉換器包括：一第四開關，耦接於該電感的該第一端與一接地端之間；以及一第五開關，耦接於該電感的該第二端與該接地端之 間。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電流模式直流轉換器，其中該控制電路更包括：一控制單元，用以控制上述第一至第六開關，其中該控制單元根據該電感兩端的電壓判斷該電壓轉換器是操作於一升壓模式或一降壓模式，並根據該電壓轉換器的工作模式與該輸出電壓調整對應於該降壓模式的一第一控制信號與對應於該升壓模式的一第二控制信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電流模式直流轉換器，其中該控制單元根據該第一控制信號控制該第三開關與該第四開關；該控制單元根據該第二控制信號控制該第五開關與該第六開關。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的電流模式直流轉換器，其中該控制單元根據該電感兩端的電壓偵測通過該電感的電流以產生一電流信號，然後根據該電流信號與斜率補償信號產生一總和信號，其中當該電壓轉換器是操作在該降壓模式時，該控制單元根據該總和信號的峰值調整該第一控制信號的責任週期；當該電壓轉換器是處於該升壓模式時，該控制單元根據該總和信號的谷值調整該第二控制信號的責任週期。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的電流模式直流轉換器，其中當該電流模式直流轉換器操作在該降壓模式中且該第一控制信號的責任週期大於一第一預設值時，該控制單元延長該第三開關的導通時間以延長該電感的充電時間，然後使該電壓轉換器由該降壓模式切換至該升壓模式；當該電流模式直流轉換器操作在該升壓模式中該第二控制信 號的責任週期小於一第二預設值時，該控制單元延長該第五開關的關閉時間以延長該電感的放電時間，然後使該電壓轉換器由該升壓模式切換至該降壓模式。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的電流模式直流轉換器，其中該控制單元包括：一模式判斷電路，根據該電感兩端的電壓產生一模式信號以表示該電流模式直流轉換器是操作於該升壓模式或該降壓模式；一電流感測電路，耦接於該電感的兩端與該模式判斷單元，用以產生對應於通過該電感的電流的一電流信號；一回授電路，耦接於該輸出端，根據該輸出電壓與一系統控制電壓產生一回授信號，其中該系統控制電壓用以指示一負載功率需求；一補償電路，產生一升壓補償電流與一降壓補償電流；一決策電路，根據該電流信號、該升壓補償電流與該降壓補償電流產生一總和信號，根據該總和信號與該回授信號產生該第一控制信號與該第二控制信號；以及一驅動電路，根據該第一控制信號、該第二控制信號、該模式信號以及該回授信號，控制該第一至第六開關。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的電流模式直流轉換器，其中該控制單元更包括：一最大功率選擇電路，耦接於該驅動電路，用以自該輸入電壓與該輸出電壓中選擇一較大功率者以供電至該驅動電路。
  11. 如申請專利範圍第9項所述的電流模式直流轉換 器，其中該模式判斷電路根據該模式信號、該第三開關之控制端之電壓以及該第六開關之控制端之電壓產生該模式信號，並據此判斷該電流模式直流轉換器操作於該降壓模式或該升壓模式。
  12. 如申請專利範圍第9項所述的電流模式直流轉換器，其中該回授電路包括：一第一電阻，該第一電阻之一第一端耦接至該輸出端；一第二電阻，該第二電阻之一第一端耦接至該第一電阻之一第二端，該第二電阻之一第二端耦接至該接地端；以及一控制電阻，該控制電阻之一第一端耦接至該第一電阻之該第二端以及該第二電阻之該第一端，該控制電阻之一第二端接收該系統控制電壓；一第一回授放大器，接收該第一電阻以及該第二電組之分壓與一參考電壓，並輸出該回授信號至該決策電路；以及一第二回授放大器，接收該第一電阻以及該第二電組之分壓與該參考電壓，並輸出該回授信號至該驅動電路。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的電流模式直流轉換器，其中該回授電路更包括一雙模式補償器，用以調整該第一回授放大器所產生的該回授信號而改變該電流模式直流轉換器的閉迴路頻寬。
  14. 如申請專利範圍第9項所述的電流模式直流轉換器，其中該控制單元更包括一時脈產生器用以產生一工作時脈，該工作時脈傳送至該模式判斷電路、該驅動電路、該電流感 測電路以及該補償電路。
  15. 一種直流轉換方法，用以利用一電壓轉換器將一電壓源之能量轉換至一輸出端，其中該電壓轉換器包括一電感、一第三開關及一第六開關，並且該第三開關耦接於該電壓源與該電感的一第一端之間，以及該第六開關耦接於該電感的一第二端與該輸出端之間，該方法包括：提供一輸入電壓至該電壓轉換器，其中該輸入電壓為該電壓源所提供，並且該電壓源耦接至該電壓轉換器；偵測通過該電壓轉換器中一電感之電流；以及根據所偵測到的電流決定該電壓轉換器轉換至該輸出端之能量；其中，根據所偵測到的電流決定該電壓轉換器轉換至該輸出端之能量之步驟包括：一控制電路根據一系統控制電壓控制該控制電路的一第一開關與一第二開關使該輸出電壓由一待機電壓升高至一工作電壓或由該工作電壓降低至該待機電壓，其中該待機電壓小於該輸入電壓，該工作電壓大於該輸入電壓，該系統控制電壓用以指示一負載功率需求；其中，該第一開關耦接於該電壓源與該電感的該第二端，以及該第二開關耦接於該輸出端與該電感的該第一端。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的直流轉換方法，其中當該輸出端之電壓由該待機電壓升高至該工作電壓之步驟包括：操作該電壓轉換器於一降壓模式，使該輸入電壓直接對耦接於該輸出端之一電容充電直到該輸出電壓大於該輸入 電壓；以及當該輸出電壓大於該輸入電壓時，使該電壓轉換器操作在一升壓模式並繼續提高該輸出電壓至該工作電壓。
  17. 如申請專利範圍第15項所述的直流轉換方法，其中當該輸出端之電壓由該工作電壓降低至該待機電壓之步驟包括：回傳該輸出電容所儲存的電力至該輸入端，使該電感對該輸入端放電至該輸出電壓達到該待機電壓；以及當該輸出電壓小於該輸入電壓時，以該輸出電壓對該電感充電並將電力傳送至該輸出端使該輸出電壓達到該待機電壓。
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