TWI469483B - 切換式電源供應器及其控制電路與控制方法 - Google Patents

Description

切換式電源供應器及其控制電路與控制方法

本發明係有關一種切換式電源供應器及其控制電路與控制方法，特別是指一種在輸出電容具有低輸出等效串聯電阻的情況下仍維持穩定操作的切換式電源供應器及其控制電路與控制方法。

第1A圖顯示典型的漣波基準(ripple-based)切換式電源供應器的電路示意圖。如第1A圖所示，漣波基準切換式電源供應器1包含控制電路10以及功率級20。控制電路10包括比較器11、單脈波訊號產生電路12、以及上橋驅動電路13與下橋驅動電路14。比較器11比較回授訊號Vfb與參考訊號Vref，並根據比較結果，產生比較訊號Comp。其中，回授訊號Vfb係由串聯於輸出電壓Vout與接地電位之間的電阻R1與R2中，取電阻R2上的分壓而得。單脈波訊號產生電路12，接收比較訊號Comp，產生單脈波訊號，亦即於固定導通時間(Ton)內維持高電位。上橋驅動電路13接收單脈波訊號，產生上橋驅動訊號UG，使得功率級20中，上橋開關SWU於固定導通時間(Ton)內導通。而下橋驅動電路14則根據單脈波訊號，產生下橋驅動訊號LG，使得下橋開關SWL於固定導通時間(Ton)內不導通，而於固定導通時間(Ton)結束後導通。簡言之，功率級20根據上橋驅動訊號UG與下橋驅動訊號LG，分別切換上橋開關SWU與下橋開關SWL，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。並且，功率級20可為同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換電路，如第2A-2J圖所示。

以固定導通時間(constant ON time)架構來說明，請同時參閱第1A與1B圖，第1B圖舉例示出第1A圖中，各訊號的波形。上橋驅動訊號UG於低電位而下橋驅動訊號LG為高電位時，上橋開關SWU不導通，相關於輸出電壓Vout的回授訊號Vfb逐漸下降，這是因為負載電路(未示出)消耗了輸出電壓Vout使輸出電容C1放電所致，而電阻R3代表輸出電容C1的等效串聯電阻(equivalent series resistor,ESR)。參考訊號Vref為預設的電壓訊號，例如第1B圖所示，為一個固定值。當回授訊號Vfb逐漸下降至到達參考訊號Vref時，比較器11輸出的比較訊號Comp，由高電位變為低電位，於是觸發單脈波訊號產生電路12產生單脈波訊號，使得上橋驅動訊號UG於固定的導通時間Ton維持在高電位，導通上橋開關SWU，對輸出電容C1充電，進而於此固定的導通時間Ton，提高輸出電壓Vout。而導通時間Ton結束後，上橋驅動訊號UG由高電位轉為低電位，而下橋驅動訊號LG由低電位轉為高電位，也就是上橋開關SWU不導通而下橋開關SWL導通。此時輸出電容C1放電，進而降低輸出電壓Vout，直到回授訊號Vfb逐漸下降至低於參考訊號Vref，比較器11輸出的比較訊號Comp，再由高電位變為低電位，回到上述的流程，如此周而復始地運作。

綜上所述，此種漣波基準或其他例如像遲滯模式(hysteretic mode)的自同步(self-clocking)切換式電源供應器，其單脈波訊號的產生必須依靠輸出電壓Vout上的漣波訊號來作為觸發控制，振幅太大的漣波訊號雖然可以讓電路穩定性提升，但是卻也容易超出漣波振幅的規格限制以及影響輸出電壓Vout的準確度；振幅太小的漣波訊號雖然也許可以符合漣波振幅規格限制以及輸出電壓Vout規格的要求，但是卻容易破壞電路的穩定性造成劇跳(jitter)的情形，因此要擁有足夠小的漣波訊號振幅同時又要兼顧電路穩定性就是一項具有挑戰性的工作。

詳言之，請參閱第3A與3B圖，第3A圖顯示當輸出電容C1的ESR電阻R3相對較大時，例如輸出電容C1為電解電容時，流經電感L的漣波電流I_L 、電阻R3跨壓的漣波訊號V_R 、輸出電容C1跨壓的漣波訊號V_C 、以及輸出電壓Vout之波形示意圖。而第3B圖則是顯示當輸出電容C1的ESR電阻R3相對較小時，例如輸出電容C1為陶瓷電容時，上述漣波訊號的波形示意圖。如第3A圖所示，當輸出電容C1的ESR電阻R3相對較大時，電阻R3跨壓的漣波訊號V_R 振幅相對於輸出電容C1跨壓的漣波訊號V_C 較大，因此疊加為輸出電壓Vout後，其相位與漣波電流I_L 大致同步，這是因為電阻R3跨壓的漣波訊號V_R 與漣波電流I_L 之間相位是相同的。相較之下，當輸出電容C1的ESR電阻R3相對較小時，如第3B圖所示，電阻漣波訊號V_R 振幅相對於漣波訊號V_C 較小，因此疊加為輸出電壓Vout後，其相位與漣波電流I_L 差別較大，這是因為當輸出電容C1的ESR電阻R3相對較小時，漣波訊號V_C 主導了輸出電壓Vout的相位，漣波訊號V_C 產生的方式是在漣波電流I_L 大於負載電流I_LOAD 時對輸出電容C1充電，反之對輸出電容C1放電，結果導致輸出電壓Vout與漣波電流I_L 之間具有相位差，再加上輸出電壓Vout的振幅很小，此時漣波基準切換式電源供應器1無法運作在穩定的狀況之下。

有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種切換式電源供應器及其控制電路與控制方法，可在低輸出ESR的情況下仍維持穩定操作的切換式電源供應器及其控制電路與控制方法。

本發明目的之一在提供一種切換式電源供應器。

本發明另一目的在提供一種切換式電源供應器之控制電路。

本發明又一目的在提供一種切換式電源供應器之控制方法。

為達上述之目的，就其中一觀點言，本發明提供了一種切換式電源供應器，用以將輸入電壓轉換為輸出電壓並供應一輸出電流，所述切換式電源供應器包含：一功率級，根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓；以及一控制電路，根據一與輸出電壓相關的回授訊號、該輸入電壓、與該輸出電壓，以產生該驅動訊號，該控制電路包括：一漣波訊號產生電路，模擬產生一漣波訊號，其中該漣波訊號與輸出電流大致同相位；以及一驅動訊號產生電路，根據該回授訊號、該漣波訊號與一參考訊號，產生該驅動訊號。

就另一觀點，本發明也提供了一種切換式電源供應器之控制電路，根據一回授訊號產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；所述控制電路包含：一漣波訊號產生電路，模擬產生一漣波訊號，其中該漣波訊號與輸出電流大致同相位；以及一驅動訊號產生電路，根據該回授訊號、該漣波訊號與一參考訊號，產生該驅動訊號。

在其中一種實施型態中，該漣波訊號產生電路將該模擬產生之漣波訊號疊加於該參考訊號上而產生輸出訊號，該驅動訊號產生電路再將該輸出訊號與該回授訊號相比較。在另一種實施型態中，該漣波訊號產生電路將該模擬產生之漣波訊號疊加於該回授訊號上而產生輸出訊號，該驅動訊號產生電路再將該輸出訊號與該參考訊號相比較。

在其中一種實施型態中，該該驅動訊號產生電路宜包括：一比較器，用以執行前述比較而產生一比較訊號；以及一單脈波訊號產生電路，根據該比較訊號，產生一單脈波訊號，用以於一固定時間內導通該功率開關。

在其中一種實施型態中，該漣波訊號產生電路還加入一壓差訊號而產生該輸出訊號。

在其中一種實施型態中，該漣波訊號產生電路包括：一第一開關；一第二開關；一電容，與該第一開關及該第二開關耦接；一電阻性元件，具有第一端與該電容耦接、第二端與該參考訊號或該回授訊號耦接，並於該第一端產生該漣波訊號產生電路之輸出訊號；一第一轉換電路，與該第一開關耦接，根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生一第一電流；以及一第二轉換電路，與該第二開關耦接，根據該輸出電壓，產生一第二電流，其中，該第一與第二電流根據第一與第二開關之導通情況而使該電容充或放電。

在其中一種實施型態中，該漣波訊號產生電路更包括一偏移訊號產生電路，與該電阻性元件之第一端耦接，並提供一偏移訊號，以調整該輸出訊號。

在其中一種實施型態中，該偏移訊號產生電路包括：一電流源電路，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。

在其中一種實施型態中，該偏移訊號產生電路包括：調整電路，根據該輸入電壓與輸出電壓，產生一調整訊號；以及一可控電流源電路，根據該調整訊號，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。

在其中一種實施型態中，該偏移訊號產生電路包括：一比較電路，根據該回授訊號與該參考訊號，產生一比較訊號；一調整電路，根據該比較訊號，以產生一調整訊號；以及一可控電流源電路，根據該調整訊號，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。

就另一觀點，本發明也提供了一種切換式電源供應器之控制方法，包含：根據一回授訊號、一參考訊號與一漣波訊號，產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；以及根據該輸入電壓與輸出電壓，模擬產生該漣波訊號，其中該漣波訊號與該輸出電流大致同相位。

上述切換式電源供應器之控制方法中，該產生驅動訊號之步驟包括：將該漣波訊號疊加於該參考訊號上，再與該回授訊號相比較；或是，將該漣波訊號疊加於該回授訊號上，再與該參考訊號相比較。

上述切換式電源供應器之控制方法中，可更包含：產生一壓差訊號，以調整該比較之結果。所述壓差訊號可由一偏移電流經過一電阻性元件所產生，且該偏移電流可根據該輸入電壓與該輸出電壓而調整、或根據該回授訊號與該參考訊號而調整。

前述方法中，若將該漣波訊號疊加於該參考訊號上，則產生該漣波訊號之步驟可包括：在第一時段以一第一電流對一電容放電，該第一電流係根據該輸入電壓與該輸出電壓所產生；以及在第二時段以一第二電流對該電容充電，該第二電流係根據該輸出電壓所產生，其中該第一時段與該第二時段和該功率開關之導通與不導通時間大致同相位。若將該漣波訊號疊加於該回授訊號上，該漣波訊號需要反相，則充電與放電之步驟將為對調。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

請參閱第4圖，顯示本發明第一個實施例。本實施例顯示利用本發明的一種應用架構，如第4圖所示，切換式電源供應器3包含功率級20與控制電路30。其中，功率級20根據驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。控制電路30根據回授訊號Vfb、輸入電壓Vin、與輸出電壓Vout，產生驅動訊號。與先前技術不同的是，本實施例中控制電路30包括驅動訊號產生電路31與漣波訊號產生電路33，其中漣波訊號產生電路33用以模擬產生與漣波電流I_L 大致同相位的漣波訊號，並疊加於一參考訊號Vref(容後詳述)之上而產生漣波訊號Vrpl(所謂「大致同相位」，其意義將於後文說明)，而驅動訊號產生電路31則根據回授訊號Vfb與漣波訊號Vrpl，產生驅動訊號；由於漣波訊號Vrpl之相位與而漣波電流I_L 大致同相位且振幅適當，因此即使在輸出電容C1的ESR電阻R3相對較小時，也可以讓電路穩定性提升，並維持輸出電壓Vout的準確度，且避免劇跳(jitter)的情形。模擬產生與漣波電流I_L 大致同相位且振幅適當的漣波訊號Vrpl，有多種方式可以實施，以下將舉例說明。

請參閱第5圖，顯示本發明第二個實施例。本實施例係漣波產生電路43一個較具體的實施例，其中根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout來模擬產生漣波訊號，並疊加於一參考訊號Vref之上而產生漣波訊號Vrpl。如圖所示，漣波產生電路43包含第一開關SW1、第二開關SW2、電容C2、電阻R4、轉導放大電路431、與轉導放大電路432。轉導放大電路431的轉導係數例如為Gm，其兩輸入端分別接收與輸入電壓Vin相關的電壓訊號VA(輸入電壓Vin與電壓訊號VA間，例如但不限於具有正比關係)、以及與輸出電壓Vout相關的電壓訊號VB(輸出電壓Vout與電壓訊號VB間，例如但不限於具有正比關係)與地電位；而轉導放大電路432的轉導係數例如也為Gm，其兩輸入端分別接收與輸出電壓Vout相關的電壓訊號VB以及地電位。當第一開關SW1不導通時，第二開關SW2導通，轉導放大電路432將電壓訊號VB與地電位的電壓差轉換為電流值為Gm*VB的電流，自供應電壓Vdd對電容C2充電。當第一開關SW1導通時，第二開關SW2不導通，轉導放大電路431將電壓訊號VA與電壓訊號VB的電壓差轉換為電流值為Gm*(VA-VB)的電流，自電容C2對地放電。重複上述程序，就可在電阻R4上，產生漣波訊號Vrpl。本實施例中，電阻R4的另一端與參考訊號Vref耦接，因此如第5圖右方所示，如同將模擬產生的漣波訊號與參考訊號Vref疊加產生漣波訊號Vrpl，因此漣波訊號Vrpl會在參考訊號Vref附近上下擺幅(參閱第6圖)，而電容C2和轉導係數Gm的選擇，可用以調整漣波訊號Vrpl振幅大小。如果第一開關SW1和第二開關SW2的切換與功率級20(參閱第4圖)內的功率開關大致同相位，就可在切換式電源供應器內等效產生一個大致與漣波電流I_L 同相位的漣波訊號Vrpl，此訊號便可以使切換式電源供應器在輸出電容C1的ESR電阻R3相對較小的情況下也可以穩定操作。因此，較佳實施方式是根據第4圖中的驅動訊號來產生第一開關SW1和第二開關SW2的控制訊號，使第一開關SW1和第二開關SW2與功率級20內的功率開關同步；但當然，如果刻意安排另行產生第一開關SW1和第二開關SW2的控制訊號，只要能使第一開關SW1和第二開關SW2的切換與功率級20內的功率開關大致同相位，仍屬本發明的概念。

以上敘述中，轉導放大電路431與轉導放大電路432的轉導係數可以不同，可視電壓訊號VA、VB彼此的關係及電壓訊號VA、VB和輸入電壓Vin、輸出電壓Vout的關係來設計，以上說明中都設為Gm，是為了便於理解。又，安排成當第二開關SW2導通時電容C2充電、第一開關SW1導通時電容C2放電，是因為本實施例中將模擬產生的漣波訊號疊加於參考訊號Vref之上而產生漣波訊號Vrpl，因此漣波訊號Vrpl的波峰與波谷和漣波電流I_L 是相反的(參閱第6圖)。所以，當漣波訊號是疊加於參考訊號上時，所謂「大致同相位」意指漣波訊號的波峰與漣波電流I_L 的波谷間的相位大致相同，其差值在10%以內。如果模擬產生的漣波訊號是疊加在回授訊號Vfb上而與參考訊號Vref比較，則可安排成當第一開關SW1導通時電容C2充電、第二開關SW2導通時電容C2放電，此時漣波訊號Vrpl的波峰與波谷和漣波電流I_L 是相同的(請參閱後文第12A、12B、13圖的說明)，而當漣波訊號是疊加於回授訊號上時，所謂「大致同相位」意指漣波訊號的波峰與漣波電流I_L 的波峰間的相位大致相同，其差值在10%以內。此外，電阻R4可以是任何電阻性元件，而不必須是電阻，只要其上通過電流後，可在兩端產生壓差即可。

第6圖說明顯示第二個實施例中的訊號波形。如第6圖所示，請同時參閱第1A圖，當相位節點Ph為高電位時，上橋開關SWU導通一段固定導通時間Ton、下橋開關SWL不導通，假設第一開關SW1、第二開關SW2與上橋開關SWU、下橋開關SWL同步，則第一開關SW1導通、第二開關SW2不導通，如前所述，此時以電流值為Gm*(VA-VB)的電流使電容C2放電，漣波訊號Vrpl下降；而當相位節點Ph為低電位時，上橋開關SWU不導通，這段時間內下橋開關SWL導通，而漣波產生電路43中之第一開關SW1不導通、第二開關SW2導通，如前所述，此時以電流值為Gm*VB的電流對電容C2充電，漣波訊號Vrpl上升，重複上述流程而產生如圖所示之漣波訊號Vrpl。

請參閱第7圖，顯示本發明第三個實施例。本實施例係漣波產生電路53另一個較具體的實施例。相較於第二個實施例，在本實施例中，漣波產生電路53更包含電流源電路531，與電阻R4耦接，目的是提供漣波訊號的直流位準，並提供偏移電流I1，用以調整漣波訊號Vrpl。詳言之，請參閱第8A與8B圖，分別舉例顯示漣波產生電路43與漣波產生電路53中，各訊號波形。如第8A圖所示，當切換式電源供應器穩定時，回授訊號Vfb與漣波訊號Vrpl的比較點電壓會等於Vref+ΔV，其中電壓差ΔV為Vrpl振幅大小的一半，且電壓差ΔV可表示為：

其中，C為電容C2之電容值，又公式中(Vin-Vout)亦可改為(VA-VB)。此電壓差ΔV由漣波訊號產生電路43的電路設計所造成；因此，雖然輸出電容C1的ESR值很小，且回授訊號Vfb近似於直流值，但回授訊號Vfb仍會與參考訊號Vref有誤差值，此即造成輸出電壓Vout的偏移。該誤差值可在設定參考訊號Vref時即考慮在內，本實施例則是以另一方式消除此誤差值，藉由增加電流源電路531，提供適當的偏移電流I1，流經電阻R4後便可以調整漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb的比較點電壓下降電壓差ΔV，此時漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb的比較點電壓會和參考訊號Vref大致相等，並且漣波訊號Vrpl會以Vref-ΔV為中心上下擺幅，如第8B圖所示，如此，便不會造成輸出電壓Vout的偏移。本實施例中，當然如能使偏移電流I1和電阻R4的乘積等於ΔV，將可完全消除誤差，但如偏移電流I1和電阻R4的乘積不等於ΔV，亦有減少誤差的功能。

第9圖顯示本發明第四個實施例，顯示切換式電源供應器100較具體的實施例，本實施例中是根據電路應用時的參數來自動設定偏移電流I1的值，以產生精確的電壓差ΔV。如第9圖所示，切換式電源供應器100包含功率級20與控制電路110。功率級20根據驅動訊號，切換上橋功率開關SWU與下橋功率開關SWL，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout；功率級20例如可為同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型功率轉換電路，如第2A-2J圖所示。控制電路110根據回授訊號Vfb、輸入電壓Vin、與輸出電壓Vout，以產生驅動訊號。控制電路110包括驅動訊號產生電路111與漣波訊號產生電路113。驅動訊號產生電路111根據回授訊號Vfb與漣波訊號Vrpl，產生驅動訊號。驅動訊號產生電路111具有比較器11、單脈波訊號產生電路12、上橋驅動電路13、與下橋驅動電路14。其中，比較器11比較回授訊號Vfb與漣波訊號Vrpl，並根據比較結果，產生比較訊號Comp。單脈波訊號產生電路12，根據比較訊號Comp，產生脈寬為固定時間Ton的單脈波訊號。上橋驅動電路13根據單脈波訊號，產生驅動訊號，以操作上橋開關SWU；而下橋驅動電路14，根據單脈波訊號，操作下橋開關SWL，使得上橋開關SWU導通時，下橋開關不導通，且下橋開關SWL導通時，上橋開關SWU不導通。漣波訊號產生電路113根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，產生漣波訊號Vrpl。漣波訊號產生電路113具有第一開關SW1、第二開關SW2、電容C2、電阻R4、第一轉換電路(例如但不限於如圖所示之轉導放大電路1133，圖示直接連接於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，但亦可如前述實施例連接於電壓訊號VA、VB)、第二轉換電路(例如但不限於如圖所示之轉導放大電路1135，圖示直接連接於輸出電壓Vout，但亦可如前述實施例連接於電壓訊號VB)、與偏移訊號產生電路1131。

請繼續參閱第9圖，假設第一開關SW1、第二開關SW2與上橋開關SWU、下橋開關SWL同步，則當上橋開關SWU導通時，第一開關SW1導通、第二開關SW2不導通，轉導放大電路1133根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，產生對應的電流使電容C2放電；當下橋開關SWL導通時，第一開關SW1不導通、第二開關SW2導通，轉導放大電路1135根據輸出電壓Vout，產生對應的電流對電容C2充電。電阻R4在節點A與電容C2耦接，另一端與參考電壓Vref耦接。本實施例中之漣波訊號產生電路113與第三個實施例，也就是前述漣波訊號產生電路53不同的是，偏移訊號產生電路1131根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout來調整偏移電流I1的值，以產生電壓差ΔV來調整漣波訊號Vrpl的直流位準(當然，亦可等效變換為根據前述電壓訊號VA、VB來調整)。其中，偏移訊號產生電路1131包括調整電路1132與可控電流源電路1134。調整電路1132根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，產生調整訊號Va1；可控電流源電路1134根據調整訊號Val，產生偏移訊號(在本實施例中為電流I1)，以調整漣波訊號Vrpl。由於偏移訊號是根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout所產生，因此，藉由回授控制的機制，可自動產生適當的偏移電流I1流經電阻R4，以產生電壓差ΔV調整漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb的比較點電壓，終而使輸出電壓Vout達到所要的目標值。亦即，藉由回授控制的機制，可使漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb的比較點電壓往下移漣波訊號Vrpl振幅大小一半的量(ΔV)，最後產生以Vref-ΔV為中心上下振擺的漣波訊號Vrpl，並且漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb的比較點電壓將會與參考訊號Vref相等，如第8B圖所示。

以上所述產生偏移電流I1流經電阻R4，以產生電壓差ΔV調整比較點電壓的方式，僅為其中一個實施例，其基本概念如第9圖下方所示，由偏移訊號產生電路1131根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout產生電壓差ΔV，並與參考訊號Vref和模擬產生的漣波訊號經適當的正負關係相加後，產生漣波訊號Vrpl。其中，偏移訊號產生電路1131亦可利用其他方式產生電壓差ΔV，例如偏移訊號產生電路1131可為查表電路，根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout而直接產生對應的電壓差ΔV。

第10圖顯示本發明第五個實施例。與第四個實施例不同的是，偏移訊號產生電路2131是根據回授訊號Vfb與參考訊號Vref間的比較來進行調整，而非根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout來調整。如第10圖所示，偏移訊號產生電路2131包含比較電路2136、第三開關SW3、調整電路2132、與可控電流源電路2134。比較電路2136根據回授訊號Vfb與參考訊號Vref，產生比較訊號。當上橋開關SWU導通時，第三開關SW導通一短暫時間，使比較訊號輸入調整電路2132，以產生調整訊號Va2，使得可控電流源電路2134根據調整訊號Va2，產生偏移訊號，調整漣波訊號Vrpl。本實施例中偏移訊號為電流I1，流經電阻R4，以產生電壓差ΔV，不過如前所述，偏移訊號產生電路2131亦可利用其他方式產生電壓差ΔV，例如偏移訊號產生電路2131可為查表電路，根據回授訊號Vfb與參考訊號Vref而直接產生對應的電壓差ΔV。此外需說明的是，第三開關SW3亦可省略，此情況下調整電路2132將常態產生調整訊號Va2，而非間歇產生調整訊號Va2，兩者都屬可行。

第11A與11B圖舉例顯示第五個實施例中兩種不同的狀況下，各訊號的波形，藉以說明第五個實施例的優點。如第11A與11B圖所示，考量電路中，轉導放大電路1133與1135(或第5、7圖之431與432)，其轉導係數Gm之間會有誤差，或電阻R4、電容C2產生變異誤差的情況下，會造成漣波訊號Vrpl不會以參考訊號Vref為中心上下振擺。因此，漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb的比較點電壓和實際上的參考訊號Vref’之間的電壓差(ΔV’)將會小於(如第11A圖所示)或大於(如第11B圖所示)漣波訊號Vrpl振幅大小的一半(ΔV)。為改善此問題，如第五個實施例，可加入比較電路2136，根據回授訊號Vfb和參考訊號Vref的比較結果，動態微調偏移訊號，使得電路穩定時，回授訊號Vfb位準將會與參考訊號Vref相等。

以上各實施例中，是將模擬產生的漣波訊號與參考訊號Vref疊加而產生漣波訊號Vrpl，再將漣波訊號Vrpl與回授訊號Vfb比較，但本發明不限於此。如第12A圖所示，如將模擬產生的漣波訊號與回授訊號Vfb疊加產生漣波訊號Vrpl，再與參考訊號Vref比較，也可達成相同的目的。此時，所模擬產生的漣波訊號，需要反相，如第12B圖所示。又，如欲修正前述的電壓差ΔV，當然亦可加入偏移電路1131，如第13圖所示。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元件，如其他開關等；又例如比較器的輸入端正負可以互換，僅需對應修正電路的訊號處理方式即可；再例如，電壓差ΔV也可加至比較器11的另一端，此也可產生等效的作用；又例如，實施例文字與圖示中所示直接自輸入電壓Vin與輸出電壓Vout取訊號之處，僅屬示意，並不限於必須直接自輸入電壓Vin與輸出電壓Vout取訊號，亦可改換為連接至輸入電壓與該輸出電壓的相關比例值(故文中如敘述「根據輸入電壓」或「根據輸出電壓」，可以是直接或間接自輸入電壓Vin與輸出電壓Vout取訊號)。凡此種種，皆可根據本發明的教示類推而得，因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

1,3,100,200‧‧‧切換式電源供應器

10,30,110‧‧‧控制電路

11‧‧‧比較器

12‧‧‧單脈波訊號產生電路

13‧‧‧上橋驅動電路

14‧‧‧下橋驅動電路

20‧‧‧功率級

31,111‧‧‧驅動訊號產生電路

33,113‧‧‧漣波訊號產生電路

43,53‧‧‧漣波產生電路

431,432,1133,1135‧‧‧轉導放大電路

1131,2131‧‧‧偏移訊號產生電路

1132,2132‧‧‧調整電路

1134,2134‧‧‧可控電流源電路

2136‧‧‧比較電路

A‧‧‧節點

C1‧‧‧輸出電容

C2‧‧‧電容

Comp‧‧‧比較訊號

I_L ‧‧‧漣波電流

I_LOAD ‧‧‧負載電流

I1‧‧‧偏移電流

L‧‧‧電感

LG‧‧‧下橋驅動訊號

Ph‧‧‧相位節點

R1,R2,R3,R4‧‧‧電阻

SW1‧‧‧第一開關

SW2‧‧‧第二開關

SW3‧‧‧第三開關

SWU‧‧‧上橋開關

SWL‧‧‧下橋開關

Ton‧‧‧固定導通時間

UG‧‧‧上橋驅動訊號

VA,VB‧‧‧電壓訊號

Va1,Va2‧‧‧調整訊號

V_C ‧‧‧漣波訊號

Vdd‧‧‧供應電壓

Vfb‧‧‧回授訊號

Vin‧‧‧輸入電壓

Vout‧‧‧輸出電壓

Vref,Vref’‧‧‧參考訊號

V_R ‧‧‧漣波訊號

Vrpl‧‧‧漣波訊號

△V,△V’‧‧‧電壓差

第1A圖顯示典型的漣波基準(ripple-based)切換式電源供應器的電路示意圖。

第1B圖舉例示出第1A圖中各訊號的波形。

第2A-2J圖示出同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型轉換電路。

第3A與3B圖分別顯示當輸出電容C1的ESR電阻R3相對較大與小時，各漣波訊號之波形示意圖。

第4圖顯示本發明第一個實施例。

第5圖顯示本發明第二個實施例。

第6圖舉例顯示第二個實施例中各訊號波形。

第7圖顯示本發明第三個實施例。

第8A與8B圖分別舉例顯示漣波產生電路43與漣波產生電路53中，各訊號波形。

第9圖顯示本發明第四個實施例。

第10圖顯示本發明第五個實施例。

第11A與11B圖舉例顯示第五個實施例中兩種不同的狀況下各訊號的波形。

第12A與12B圖舉例顯示本發明第六個實施例，其中將模擬產生的漣波訊號與回授訊號Vfb疊加產生漣波訊號Vrpl，再與參考訊號Vref比較。

第13圖舉例顯示本發明第七個實施例。

11．．．比較器

12．．．單脈波訊號產生電路

13．．．上橋驅動電路

14．．．下橋驅動電路

20．．．功率級

100．．．切換式電源供應器

110．．．控制電路

111．．．驅動訊號產生電路

113．．．漣波訊號產生電路

1131．．．偏移訊號產生電路

1132．．．調整電路

1133,1135．．．轉導放大電路

1134．．．可控電流源電路

A．．．節點

C1．．．輸出電容

C2．．．電容

Comp．．．比較訊號

L．．．電感

Ph．．．相位節點

R1,R2,R3,R4．．．電阻

SW1．．．第一開關

SW2．．．第二開關

SWU．．．上橋開關

SWL．．．下橋開關

Val．．．調整訊號

Vdd．．．供應電壓

Vfb．．．回授訊號

Vin．．．輸入電壓

Vout．．．輸出電壓

Vref．．．參考訊號

Vrpl．．．漣波訊號

Claims (29)

1. 一種切換式電源供應器，用以將輸入電壓轉換為輸出電壓並供應一輸出電流，所述切換式電源供應器包含：一功率級，根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓；以及一控制電路，根據一與輸出電壓相關的回授訊號，產生該驅動訊號，該控制電路包括：一漣波訊號產生電路，模擬產生一漣波訊號，其中該漣波訊號與輸出電流大致同相位；以及一驅動訊號產生電路，根據該回授訊號、該漣波訊號與一參考訊號，產生該驅動訊號；其中：該漣波訊號產生電路將該模擬產生之漣波訊號疊加於該參考訊號上而產生輸出訊號，該驅動訊號產生電路再將該輸出訊號與該回授訊號相比較；或該漣波訊號產生電路將該模擬產生之漣波訊號疊加於該回授訊號上而產生輸出訊號，該驅動訊號產生電路再將該輸出訊號與該參考訊號相比較。
2. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該驅動訊號產生電路包括：一比較器，用以執行前述比較而產生一比較訊號；以及一單脈波訊號產生電路，根據該比較訊號，產生一單脈波訊號，用以於一固定時間內導通該功率開關。
3. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該漣波訊號產生電路還加入一壓差訊號而產生該輸出訊號。
4. 一種切換式電源供應器，用以將輸入電壓轉換為輸出電壓並供應一輸出電流，所述切換式電源供應器包含：一功率級，根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓；以及一控制電路，根據一與輸出電壓相關的回授訊號，產生該驅動訊號，該控制電路包括：一漣波訊號產生電路，模擬產生一漣波訊號，其中該漣波訊號與輸出電流大致同相位；以及一驅動訊號產生電路，根據該回授訊號、該漣波訊號與一參考訊號，產生該驅動訊號；其中該漣波訊號產生電路包括：一第一開關；一第二開關；一電容，與該第一開關及該第二開關耦接；一電阻性元件，具有第一端與該電容耦接、第二端與該參考訊號或該回授訊號耦接，並於該第一端產生該漣波訊號產生電路之輸出訊號；一第一轉換電路，與該第一開關耦接，根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生一第一電流；以及一第二轉換電路，與該第二開關耦接，根據該輸出電壓，產生一第二電流，其中，該第一與第二電流根據第一與第二開關之導通情況而使該電容充或放電。
5. 如申請專利範圍第4項所述之切換式電源供應器，其中該第一轉換電路或第二轉換電路包括一轉導放大電路。
6. 如申請專利範圍第4項所述之切換式電源供應器，其中該 回授訊號與該參考訊號間具有一電壓差，該電壓差可表示為： 其中，△V為該電壓差，Gm為該第一和第二轉換電路之轉導係數，Vout為該輸出電壓，Vin為該輸入電壓，C為該電容之電容值，Ton為該單脈波訊號之固定導通時間。
7. 如申請專利範圍第4項所述之切換式電源供應器，其中該漣波訊號產生電路更包括一偏移訊號產生電路，與該電阻性元件之第一端耦接，並提供一偏移訊號，以調整該輸出訊號。
8. 如申請專利範圍第7項所述之切換式電源供應器，其中該偏移訊號產生電路包括：一電流源電路，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。
9. 如申請專利範圍第7項所述之切換式電源供應器，其中該偏移訊號產生電路包括：調整電路，根據該輸入電壓與輸出電壓，產生一調整訊號；以及一可控電流源電路，根據該調整訊號，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。
10. 如申請專利範圍第7項所述之切換式電源供應器，其中該偏移訊號產生電路包括：一比較電路，根據該回授訊號與該參考訊號，產生一比較訊號；一調整電路，根據該比較訊號，以產生一調整訊號；以及一可控電流源電路，根據該調整訊號，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。
11. 如申請專利範圍第10項所述之切換式電源供應器，其中該 偏移訊號產生電路還包括：一第三開關，耦接於該比較電路與該調整電路之間，以間歇地傳送該比較訊號給該調整電路。
12. 一種切換式電源供應器之控制電路，根據一回授訊號產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；所述控制電路包含：一漣波訊號產生電路，模擬產生一漣波訊號，其中該漣波訊號與輸出電流大致同相位；以及一驅動訊號產生電路，根據該回授訊號、該漣波訊號與一參考訊號，產生該驅動訊號；其中：該漣波訊號產生電路將該模擬產生之漣波訊號疊加於該參考訊號上而產生輸出訊號，該驅動訊號產生電路再將該輸出訊號與該回授訊號相比較；或該漣波訊號產生電路將該模擬產生之漣波訊號疊加於該回授訊號上而產生輸出訊號，該驅動訊號產生電路再將該輸出訊號與該參考訊號相比較。
13. 如申請專利範圍第12項所述之切換式電源供應器，其中該驅動訊號產生電路包括：一比較器，用以執行前述比較而產生一比較訊號；以及一單脈波訊號產生電路，根據該比較訊號，產生一單脈波訊號，用以於一固定時間內導通該功率開關。
14. 如申請專利範圍第12項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該漣波訊號產生電路還加入一壓差訊號而產生該輸出訊號。
15. 一種切換式電源供應器之控制電路，根據一回授訊號產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將一輸入電壓轉換 為一輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；所述控制電路包含：一漣波訊號產生電路，模擬產生一漣波訊號，其中該漣波訊號與輸出電流大致同相位；以及一驅動訊號產生電路，根據該回授訊號、該漣波訊號與一參考訊號，產生該驅動訊號；其中該漣波訊號產生電路包括：一第一開關；一第二開關；一電容，與該第一開關及該第二開關耦接；一電阻性元件，具有第一端與該電容耦接、第二端與該參考訊號或該回授訊號耦接，並於該第一端產生該漣波訊號產生電路之輸出訊號；一第一轉換電路，與該第一開關耦接，根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生一第一電流；以及一第二轉換電路，與該第二開關耦接，根據該輸出電壓，產生一第二電流，其中，該第一與第二電流根據第一與第二開關之導通情況而使該電容充或放電。
16. 如申請專利範圍第15項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該第一轉換電路或第二轉換電路包括一轉導放大電路。
17. 如申請專利範圍第15項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該回授訊號與該參考訊號間具有一電壓差，該電壓差可表示為： 其中，△V為該電壓差，Gm為該第一和第二轉換電路之轉導係數，Vout為該輸出電壓，Vin為該輸入電壓，C為該電容之電容值，Ton為該單脈波訊號之固定導通時間。
18. 如申請專利範圍第15項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該漣波訊號產生電路更包括一偏移訊號產生電路，與該電阻性元件之第一端耦接，並提供一偏移訊號，以調整該輸出訊號。
19. 如申請專利範圍第18項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該偏移訊號產生電路包括：一電流源電路，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。
20. 如申請專利範圍第18項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該偏移訊號產生電路包括：調整電路，根據該輸入電壓與輸出電壓，產生一調整訊號；以及一可控電流源電路，根據該調整訊號，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。
21. 如申請專利範圍第18項所述之切換式電源供應器之控制電路，其中該偏移訊號產生電路包括：一比較電路，根據該回授訊號與該參考訊號，產生一比較訊號；一調整電路，根據該比較訊號，以產生一調整訊號；以及一可控電流源電路，根據該調整訊號，產生一偏移電流作為該偏移訊號，以改變該電阻性元件上之跨壓。
22. 如申請專利範圍第21項所述之切換式電源供應器之控制 電路，其中該偏移訊號產生電路還包括：一第三開關，耦接於該比較電路與該調整電路之間，以間歇地傳送該比較訊號給該調整電路。
23. 一種切換式電源供應器之控制方法，包含：根據一回授訊號、一參考訊號與一漣波訊號，產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；以及根據該輸入電壓與輸出電壓，模擬產生該漣波訊號，其中該漣波訊號與該輸出電流大致同相位；其中該產生驅動訊號之步驟包括：將該漣波訊號疊加於該參考訊號上，再與該回授訊號相比較；或將該漣波訊號疊加於該回授訊號上，再與該參考訊號相比較。
24. 如申請專利範圍第23項所述之切換式電源供應器之控制方法，更包含：產生一壓差訊號，以調整該比較之結果。
25. 如申請專利範圍第24項所述之切換式電源供應器之控制方法，其中該壓差訊號係由一偏移電流經過一電阻性元件所產生。
26. 如申請專利範圍第25項所述之切換式電源供應器之控制方法，更包含：根據該輸入電壓與該輸出電壓，調整該偏移電流。
27. 如申請專利範圍第25項所述之切換式電源供應器之控制方法，更包含：根據該回授訊號與該參考訊號，調整該偏移電流。
28. 一種切換式電源供應器之控制方法，包含：根據一回授訊號、一參考訊號與一漣波訊號，產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；以及根據該輸入電壓與輸出電壓，模擬產生該漣波訊號，其中該漣波訊號與該輸出電流大致同相位；其中產生該漣波訊號之步驟包括：在第一時段以一第一電流對一電容放電，該第一電流係根據該輸入電壓與該輸出電壓所產生；以及在第二時段以一第二電流對該電容充電，該第二電流係根據該輸出電壓所產生，其中該第一時段與該第二時段和該功率開關之導通與不導通時間大致同相位。
29. 一種切換式電源供應器之控制方法，包含：根據一回授訊號、一參考訊號與一漣波訊號，產生一驅動訊號，用以切換至少一個功率開關以將輸入電壓轉換為輸出電壓並產生一輸出電流，其中該回授訊號相關於該輸出電壓；以及根據該輸入電壓與輸出電壓，模擬產生該漣波訊號，其中該漣波訊號與該輸出電流大致同相位；其中產生該漣波訊號之步驟包括：在第一時段以一第一電流對一電容充電，該第一電流係根據該輸入電壓與該輸出電壓所產生；以及在第二時段以一第二電流對該電容放電，該第二電流係根據該輸出電壓所產生， 其中該第一時段與該第二時段和該功率開關之導通與不導通時間大致同相位。