TWI473394B - 切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法 - Google Patents

切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI473394B
TWI473394B TW99124585A TW99124585A TWI473394B TW I473394 B TWI473394 B TW I473394B TW 99124585 A TW99124585 A TW 99124585A TW 99124585 A TW99124585 A TW 99124585A TW I473394 B TWI473394 B TW I473394B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power supply
signal
mode
switching power
time
Prior art date
Application number
TW99124585A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201110518A (en
Inventor
Jing Meng Liu
Original Assignee
Richtek Technology Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Richtek Technology Corp filed Critical Richtek Technology Corp
Publication of TW201110518A publication Critical patent/TW201110518A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI473394B publication Critical patent/TWI473394B/zh

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/02—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac
    • H02M3/04—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/10—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M3/145—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/155—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/156—Conversion of dc power input into dc power output without intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only with automatic control of output voltage or current, e.g. switching regulators

Description

切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法
本發明係有關一種切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法，特別是指一種可控制使其操作模式操作於或接近於邊界導通模式(Boundary Conduction Mode,BCM)之切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法。
第1圖顯示先前技術的切換式電源供應器電路圖，其中PWM控制器11控制功率級12中至少一個功率電晶體以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。功率級12可為但不限於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，如第2A-2H圖所示。回到第1圖，回授電路13產生與輸出電壓Vout相關之回授訊號並將此回授訊號輸入PWM控制器11，以使PWM控制器11可控制功率級12以調節輸出電壓Vout或輸出電流Iout至欲達到之目標。
第3圖顯示切換式電源供應器產生兩輸出電壓：第一輸出電壓Vout1與第二輸出電壓Vout2，並有兩回授電路：第一回授電路13A及第二回授電路13B。功率級12在本圖中可為但不限於同步或非同步之升反壓型轉換電路，如第4A及4B圖所示。
第5A-5C圖顯示切換式電源供應器的三種操作模式訊號波形圖，其以第2D圖之非同步升壓型切換式電源供應器為例。如第5A圖所示，在連續導通模式(Continuous Conduction Mode,CCM)中，功率開關在電感電流I(L)降至零以前導通。如此會引起較大的開關切換損失以及較高的電磁干擾(electro-magnetic interferences,EMI)，特別是在高電壓應用中。而在不連續導通模式(Discontinuous Conduction Mode,DCM)中，如第5C圖所示，為供應所需的功率至輸出端，需要較高的峰值電流，且因而需要具有較高額定電流之功率開關，如此會造成較高的導通功率損失。
因此，在許多的應用情況中，切換式電源供應器操作於如第5B圖所示之邊界導通模式(BCM)是最佳的模式。
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驅動電路與控制方法，以使切換式電源供應器操作於BCM。
本發明目的之一在提供一種可受控操作於邊界導通模式的切換式電源供應器。
本發明的另一目的在提供一種上述切換式電源供應器的驅動電路。
本發明的又一目的在提供一種上述切換式電源供應器的控制方法。
為達上述之目的，就其中一個觀點言，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，其可操作於連續導通模式(continuous conduction mode,CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)、或兩者之間的邊界導通模式(boundary conduction mode,BCM)，所述切換式電源供應器包含：功率級，其根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，切換至少一個功率電晶體以將輸入電壓轉換為輸出電壓；模式偵測電路，與該功率級耦接，以偵測該切換式電源供應器之操作模式，並產生一模式訊號；回授電路，根據該輸出電壓產生一回授訊號；控制訊號產生電路，根據該模式訊號產生一控制訊號；以及PWM控制器，根據該回授訊號產生該PWM訊號，並根據該控制訊號而調整該PWM訊號之導通時間(On-time)、關閉時間(Off-time)、或頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可趨近於BCM。上述切換式電源供應器中，當該切換式電源供應器操作於DCM時，該控制訊號減少該PWM訊號之導通時間、減少其關閉時間、或增加其頻率；當該切換式電源供應器操作於CCM時，該控制訊號增加PWM訊號導通時間、增加其關閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可操作於或接近於BCM。
就另一個觀點言，本發明提供了一種切換式電源供應器驅動電路，該切換式電源供應器係藉由至少一個功率電晶體之切換以將輸入電壓轉換為輸出電壓，其可操作於連續導通模式(continuous conduction mode,CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)、或兩者之間的邊界導通模式(boundary conduction mode,BCM)，該切換式電源供應器驅動電路包含：模式偵測電路，與該切換式電源供應器之功率級耦接，以偵測該電源供應器之操作模式，並產生一模式訊號；控制訊號產生電路，根據該模式訊號產生一控制訊號；以及PWM控制電路，根據與該輸出電壓相關的一回授訊號而產生一PWM訊號以控制該輸入電壓與輸出電壓間之轉換，並根據該控制訊號而調整該PWM訊號之導通時間(On-time)、關閉時間(Off-time)、或頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可趨近於BCM。上述切換式電源供應器驅動電路中，當該切換式電源供應器操作於DCM時，該控制訊號減少該PWM訊號之導通時間、減少其關閉時間、或增加其頻率；當該切換式電源供應器操作於CCM時，該控制訊號增加PWM訊號之導通時間、增加其關閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可操作於或接近於BCM。
上述切換式電源供應器或其驅動電路中，該功率電晶體係連接在一固定電位與一變換電位節點之間，且該模式偵測電路可根據該變換電位節點的電壓，以判斷該切換式電源供應器是否操作於DCM。
在其中一種實施型態中，該模式偵測電路包含：低通濾波器，其接收該變換電位節點的電壓，並過濾該節點電壓而產生一濾波訊號，以及DCM偵測電路，其偵測該濾波訊號是否具有DCM特徵而產生前述模式訊號。
該模式偵測電路可更包含一去除干擾電路，與該邏輯閘耦接，以去除干擾。
上述切換式電源供應器或其驅動電路中，該PWM控制器可包含一震盪器(oscillator)，其根據該控制訊號以決定其震盪頻率。或是在另一種實施型態中，該PWM控制器包含一導通時間(ON-time)計時器或一關閉時間(OFF-time)計時器，其根據該控制訊號決定PWM訊號之導通時間及關閉時間。
上述切換式電源供應器或其驅動電路中，該控制訊號產生電路可包含：電容；充放電電路，根據該模式訊號而對該電容進行充放電；電晶體，其具有受控端、電流流入端、與電流流出端，該受控端受控於電容之電壓而在該電流流入端產生一電流；以及電阻，與該電流流出端連接，其中該控制訊號為該電流流入端電流或該電流流出端電壓。
在另一種實施型態中，該控制訊號產生電路包含一上下計數電路，接收一時脈訊號並根據該模式訊號上下計數，以產生一計數值。該控制訊號產生電路可更包含一數位類比轉換電路，轉換該計數值為類比訊號成為所述控制訊號。
就再另一個觀點言，本發明提供了一種切換式電源供應器控制方法，該切換式電源供應器係根據至少一個功率電晶體之切換而將輸入電壓轉換為輸出電壓，該切換式電源供應器可操作於連續導通模式(continuous conduction mode,CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)、或兩者之間的邊界導通模式(boundary conduction mode,BCM)，該操作切換式電源供應器控制方法包含：偵測該切換式電源供應器之操作模式，並產生一模式訊號；根據該模式訊號，產生一控制訊號；以及根據該控制訊號而調整該功率電晶體之導通時間(On-time)、關閉時間(Off-time)或切換頻率，使得切換式電源供應器之操作模式可趨近於BCM。
上述切換式電源供應器控制方法可更包含：在一般狀況下使該切換式電源供應器操作於或接近於BCM，但在以下狀況之任一者或兩者以上時則否：(1)當該切換式電源供應器之輸出電流達於一上限值時；(2)當該功率電晶體之切換頻率達於一上限值時；(3)當該功率電晶體之切換頻率達於一下限值時；或(4)當該切換式電源供應器之輸出電流低於一下限值時。
上述切換式電源供應器控制方法可更包含：提供兩種或兩種以上之控制模式，其中一種控制模式使該切換式電源供應器操作於或接近於BCM；以及選擇其中一種作為該切換式電源供應器之控制模式。
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。
本發明的主要技術思想是偵測切換式電源供應器之操作模式並控制使其操作於或接近於BCM，以降低開關切換損失以及電磁干擾；且不需要具有較高額定電流之功率開關，以降低導通功率損失。
請參閱第6圖，顯示本發明的一個實施例。如第6圖所示，本發明之切換式電源供應器包含驅動電路100、功率級12和回授電路13。驅動電路100中包含PWM控制器11，其控制功率級12中至少一個功率電晶體，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。回授電路13產生與輸出電壓Vout相關之回授訊號並將此回授訊號輸入PWM控制器11，以使PWM控制器11可控制功率級12，調節輸出電壓Vout或輸出電流Iout至欲達到之目標。根據本發明，PWM控制器11所輸出之PWM訊號的脈寬(導通脈寬或關閉脈寬)與頻率皆可調整(可擇一或都加以調整)，以使切換式電源供應器得操作於或接近於BCM，其調整控制方式將於下文中說明。
本發明的特點之一是驅動電路100中還包含BCM控制電路110，BCM控制電路110中包含模式偵測電路14與控制訊號產生電路16。模式偵測電路14偵測切換式電源供應器操作的模式，並產生模式訊號DCM_Y，模式訊號DCM_Y指示目前切換式電源供應器操作於DCM或CCM。控制訊號產生電路16接收此模式訊號DCM_Y，並產生控制訊號FC以控制PWM控制器11中，震盪器112的頻率。震盪器112可以是可由電壓控制調整頻率的震盪器，或是可由電流控制調整頻率的震盪器；控制訊號FC可對應之而為電壓訊號或電流訊號。(電壓控制震盪器與電流控制震盪器皆為已知之電路，故不贅予繪示說明。)參考第5A-5C圖，如第5A圖所示，當切換式電源供應器操作於CCM時，表示功率開關在電感電流I(L)降至0以前導通，也就是太早導通，或是尚未到達BCM就導通。因此，若頻率調低(週期調長，工作比保持不變)，或是調整增加導通或關閉時間，操作模式將由CCM轉向DCM方向移動。類似地，如第5C圖所示，當切換式電源供應器操作於DCM時，表示功率開關太晚導通，也就是超過了BCM後才導通。因此，若頻率調高(週期調短，工作比保持不變)，或是調整減少導通或關閉時間，操作模式將由DCM轉向CCM方向移動。
請參閱第7圖，顯示控制訊號產生電路16的一個實施例。如圖所示，控制訊號產生電路16包含充放電電路162、電容C、電晶體Q、電阻R，其中該電晶體可為雙極電晶體(BJT)或金氧半場效電晶體(MOSFET)，本實施例以雙極電晶體為例加以說明。充放電電路162中包含第一電流源CS1、第二電流源CS2及開關電路，其中開關電路根據模式訊號DCM_Y選擇由第一電流源CS1以第一定電流I1對電容C充電或由第二電流源CS2以第二定電流I2對電容C放電，並且I1>>I2。根據電容C的充放電，決定電晶體Q之受控端電壓VB(當電晶體Q為BJT時為基極電壓，當電晶體Q為MOSFET時為閘極電壓)。本實施例中，由基極電壓VB控制電晶體Q所產生之集極電流FC(I)、或射極電壓FC(V)皆可以用來作為控制訊號FC，以控制震盪器112之震盪頻率(視震盪器112為電壓控制或電流控制而定)，其中射極電壓FC(V)大約為基極電壓VB減去0.7V，其中射極電流FC(I)為電晶體Q之射極電壓除以電阻R。如電晶體Q為MOSFET，則其源極電壓或該電壓除以電阻R所得之電流值，皆可用來作為控制訊號FC。
第8圖顯示控制訊號產生電路16的另一個實施例。如圖所示，上下計數器166根據模式訊號DCM_Y而向上或向下計數；數位類比轉換器DAC 168將上下計數器166的計數值，轉換為控制訊號FC以控制震盪器112。又或是，在另一實施例中，可將此數位類比轉換器DAC 168或可達成數位類比轉換之等效電路設置在震盪器112中，在此情況下，上下計數器166可由其數位輸出直接控制震盪器112的頻率(亦即此情況下之控制訊號FC為數位訊號)。
切換式電源供應器的模式偵測可以由許多不同的方式來達成，關鍵是將CCM與DCM訊號波形間的差異區分出來。舉例而言，CCM與DCM訊號波形的其中一個差異可參考第9圖。功率級12中之功率電晶體係連接在一固定電位與一變換電位節點SW之間(例如請對照第2D圖)，此節點SW的電壓波形在CCM與DCM下有所不同，可以清楚地分別區分出來。利用此差異進行模式偵測方式的另一個例子，請參閱第10A與11圖，可使訊號V(SW)通過一個低通濾波器142，產生訊號V(SW_LPF)，此訊號V(SW_LPF)在CCM與DCM下具有不同行為，仍展現出可鑑別的特徵。其中，低通濾波器142的實施例，例如可以為但不限於為第10B圖所示之電路。
請參閱第12圖，模式偵測電路14例如可包括低通濾波器142與DCM偵測電路144。低通濾波器142接收訊號V(SW)並產生濾波後的訊號V(SW_LPF)。DCM偵測電路144接收訊號V(SW_LPF)並偵測此訊號中是否包含DCM特徵。DCM偵測電路144的其中一種實施例，可以為如第13圖所示之電路。請同時參閱第14圖，第13圖中之比較器1441比較訊號V(SW_LPF)與參考電壓Vdet，相較於具有CCM特徵的訊號V(SW_LPF)，具有DCM特徵的訊號V(SW_LPF)會造成比較器1441輸出訊號Det_Out比較早拉至高電位。因此，模式訊號DCM_Y可利用此DCM較早回應的特徵來產生。如圖所示，顯示其中一種實施例，即為利用閘極電壓V(Gate)(請對照第2D圖)之反相訊號作為遮蔽訊號，與輸出訊號Det_Out輸入及閘1442。及閘1442的輸出即如第14圖所示，可作為模式訊號DCM_Y。需說明的是，第13圖所示使用及閘1442和閘極電壓V(Gate)的反相訊號僅是其中一個例子而已，有許多其他的方式可以處理此比較器輸出訊號Det_Out，只要能將CCM與DCM特徵的差異確認出來即可達成目的。此外，若有需要，在第13圖的實施例中，可以增設去除干擾電路(De-glitch circuit)1443以過濾訊號中的雜訊。此外，經由調整此去除干擾電路的參數，或是比較器的延遲時間，或是其他等效的方式，設計者可調整模式訊號DCM_Y的脈波寬度，如此，切換式電源供應器可以不需剛好操作於BCM，而可以稍微偏向DCM或是稍微偏向CCM。
第15圖進一步解釋第7圖實施例電路如何運作。根據第13圖電路所產生之模式訊號DCM_Y，如第15圖所示，因充電電流I1>>放電電流I2之故，控制訊號產生電路16中基極電壓VB會產生如圖所示之上升斜坡階梯訊號，而集極電流FC(I)或射極電壓FC(V)也對應成為上升斜坡階梯訊號，可供作為控制訊號FC。為便於解釋說明，圖中將此上升斜坡階梯訊號的級距以較誇大的方式畫出，在實際的應用上，宜使用較大的電容C及/或較小的電流源CS1,CS2，使此上升階梯斜坡訊號的級距非常小。
第16圖顯示本發明的另一個實施例，在本實施例中，本發明被應用於固定導通時間(constant ON-time,COT)架構或是固定關閉時間(constant OFF-time,CFT)架構。在此實施例中，控制訊號產生電路16產生控制訊號TC以控制PWM控制器11中之導通時間計時器或關閉時間計時器114，而該計時器114控制功率級12中之功率開關的導通時間或關閉時間。當切換式電源供應器操作於CCM時，控制訊號TC增長導通時間或關閉時間；當切換式電源供應器操作於DCM時，控制訊號TC減少導通時間或關閉時間。控制訊號TC可以為與前述第7-15圖中之控制訊號FC相同的訊號，或可為第8圖中上下計數器166輸出的數位訊號，亦即第7-15圖實施例中的電路與控制架構皆可應用於本實施例中，僅是改為以控制訊號產生電路16的輸出訊號控制時間，而不是如第6圖實施例控制頻率。可受控改變計時長短的計時器為已知之電路，故不贅予繪示說明。
第17圖顯示負載(輸出)電流與切換頻率之間的關係。當切換式電源供應器操作於CCM時，表示其位於圖中曲線的上方；當切換式電源供應器操作於DCM時，表示其位於圖中曲線的下方；而當切換式電源供應器操作於BCM時，其表示剛好位於圖中的曲線上。圖中兩箭號a 與b 說明了本發明的機制，此機制用以自動調整切換頻率，使切換式電源供應器的操作曲線能趨近並停留在BCM或接近BCM的位置。類似地，在固定導通時間架構或固定關閉時間架構，若剛開始是在DCM，則本發明將減少導通時間或關閉時間，以使切換式電源供應器的操作曲線能趨近並停留在BCM或接近BCM的位置。
雖然本發明揭示了一種可使切換式電源供應器操作於BCM的方法，但並不表示此切換式電源供應器只能操作於BCM，而是可使切換式電源供應器操作於混合控制模式或是多重模式。舉例而言，第18圖顯示了一種混合控制模式：具有電流限制(例如負載過電流保護)之BCM。本圖之操作曲線示出，切換式電源供應器在一般狀況下操作於BCM，但當負載(輸出)電流達到電流限制時，此切換式電源供應器會強制操作於DCM。此混合控制模式可藉由設置圖中左方的過電流保護電路來達成，當偵測到輸出電流Iout超過預設上限值Iref時，比較器即輸出過電流保護訊號OCP，以使輸出電流Iout維持在預設上限值之下。
第19圖顯示另一種混合控制模式：具有頻率上限與頻率下限的BCM。頻率限制的目的例如是為了避開人耳可聞的音頻，或是為了減少切換損失。本圖之操作曲線示出，切換式電源供應器在一般狀況下操作於BCM，但當切換頻率太高達到頻率上限時，此切換式電源供應器會強制操作於DCM；當切換頻率太低達到頻率下限時，此切換式電源供應器會強制操作於CCM。此混合控制模式可藉由設定震盪器頻率的上下限來達成，在震盪器中通常包括充/放電電流源與電容，而頻率的上下限可藉由限制對電容的充/放電電流上下限來達成。
第20圖顯示又另一種混合控制模式：具有略頻模式(pulse skipping)、叢集模式(burst mode)、或其他降頻模式的BCM。(所謂略頻模式與叢集模式可參閱下方圖示。)本圖之操作曲線示出，切換式電源供應器在一般狀況下操作於BCM，但當負載(輸出)電流小於一特定臨界值時，此切換式電源供應器會降低其切換頻率。在本圖中，降低頻率的曲線為線性，其僅用以舉例說明，降低頻率的曲線亦可以為非線性。略頻模式、叢集模式、或其他降頻模式例如可藉由以一遮蔽電路18選擇性地遮蔽PWM控制器11的輸出訊號來達成。
第21圖舉例顯示可將更多控制模式混合在一起，本實施例的混合控制模式混合了BCM、電流限制、頻率限制、以及降頻模式。
再者，依據本發明之切換式電源供應器亦可為雙控制模式或多重控制模式，亦即切換式電源供應器提供兩種或兩種以上之控制架構，可選擇操作於兩種或兩種以上之控制模式。舉例而言如第22圖所示，切換式電源供應器具有BCM與定頻PWM兩種控制模式，可由使用者或由微控制電路來選擇，決定切換式電源供應器操作於何種控制模式。
以上第18-22圖所示混合控制模式或多重控制模式，還可根據這些控制模式再加以組合變化，亦即可在本發明的BCM切換式電源供應器中添加其他各種功能，或是，可在目前具備這些功能的切換式電源供應器中增加本發明的BCM控制電路110，皆屬本發明的範圍。
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。首先，本發明所稱「操作於」或「停留於」BCM，並不表示必須絕對無誤差地恰好操作於或停留於BCM，而應視為可容許有微幅的偏離。其次，以上實施例係偵測切換式電源供應器是否操作於DCM，進而決定應如何調整頻率、導通時間或關閉時間，但當然亦可改為偵測切換式電源供應器是否操作於CCM。再者，模式偵測電路14與控制訊號產生電路16不限於分開為兩個電路，亦可整合在同一電路之內。又例如，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；數位訊號高低位準所表示的意義可以互換，例如第13圖比較器1441的輸入端正負可以互換，而及閘1442也可改換為其他邏輯電路，僅需對應修正電路的訊號處理方式即可。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。
11．．．PWM控制器
12．．．功率級
13．．．回授電路
14．．．模式偵測電路
16．．．控制訊號產生電路
18．．．遮蔽電路
100．．．驅動電路
110．．．BCM控制電路
112．．．震盪器
114．．．導通時間計時器或關閉時間計時器
142．．．低通濾波器LPF
144．．．DCM偵測電路
162．．．充放電電路
166．．．上下計數器
168．．．數位類比轉換器DAC
1441．．．比較器
1442．．．及閘
1443．．．去除干擾電路
C．．．電容
CS1,CS2．．．電流源
DCM_Y．．．模式訊號
Det_Out．．．比較器輸出訊號
FC．．．控制訊號
FC(I)．．．集極電流
FC(V)．．．射極電壓
Iout．．．輸出電流
I1．．．第一定電流
I2．．．第二定電流
I(L)．．．電感電流
Iref．．．電流上限值
OCP．．．過電流保護訊號
Q．．．電晶體
R．．．電阻
VB．．．基極電壓
Vdet．．．參考電壓
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓
Vout1．．．第一輸出電壓
Vout2．．．第二輸出電壓
V(Gste)．．．閘極電壓
V(SW)．．．節點SW電壓
V(SW_LPF)．．．濾波後訊號
第1圖顯示先前技術的切換式電源供應器電路圖。
第2A-2H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3圖顯示先前技術之切換式電源供應器產生兩輸出電壓Vout1與Vout2並有兩回授控制電路。
第4A-4B圖顯示同步或非同步之升反壓型轉換電路。
第5A-5C圖顯示切換式電源供應器的三種操作模式訊號波形圖。
第6圖顯示本發明的一個實施例。
第7圖顯示控制訊號產生電路16的一個實施例。
第8圖顯示控制訊號產生電路16的另一個實施例。
第9圖顯示CCM與DCM訊號波形的其中一個例子。
第10A圖顯示低通濾波器142示意圖。
第10B圖顯示低通濾波器142的一個實施例電路圖。
第11圖分別顯示在CCM與DCM中V(SW)訊號經過濾波後的訊號波形。
第12圖顯示模式偵測電路14的一種實施例。
第13圖顯示DCM偵測電路144的一種實施例。
第14圖顯示第13圖電路在CCM/BCM及DCM下之訊號波形。
第15圖顯示第7圖實施例電路如何運作。
第16圖顯示本發明的另一個實施例。
第17-21圖顯示本發明之切換式電源供應器不限於只能操作於BCM，而可操作於混合控制模式，圖中顯示負載(輸出)電流與切換頻率之間的關係曲線圖。
第22圖顯示本發明之切換式電源供應器可操作於雙控制模式。
11．．．PWM控制器
12．．．功率級
13．．．回授電路
14．．．模式偵測電路
16．．．控制訊號產生電路
100．．．驅動電路
110．．．BCM控制電路
112．．．震盪器
DCM_Y．．．模式訊號
FC．．．控制訊號
Iout．．．輸出電流
Vin．．．輸入電壓
Vout．．．輸出電壓

Claims (18)

  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，其可操作於連續導通模式(continuous conduction mode,CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)、或兩者之間的邊界導通模式(boundary conduction mode,BCM)，所述切換式電源供應器包含：功率級，其根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，切換至少一個功率電晶體以將輸入電壓轉換為輸出電壓；模式偵測電路，與該功率級耦接，以偵測該切換式電源供應器之操作模式，並產生一模式訊號；回授電路，根據該輸出電壓產生一回授訊號；控制訊號產生電路，根據該模式訊號產生一控制訊號；以及PWM控制器，根據該回授訊號，產生該PWM訊號，並根據該控制訊號而調整該PWM訊號之導通時間(On-time)、關閉時間(Off-time)、或頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可趨近於BCM，其中，當該切換式電源供應器操作於DCM時，該控制訊號減少該PWM訊號之導通時間、減少其關閉時間、或增加其頻率；當該切換式電源供應器操作於CCM時，該控制訊號增加PWM訊號導通時間、增加其關閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可操作於或接近於BCM。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該功率電晶體係連接在一固定電位與一變換電位節點之間，且該模式偵測電路偵測變換電位節點的電壓，以判斷該切換式電源供 應器是否操作於DCM。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該模式偵測電路包括低通濾波器，以過濾該節點的電壓而產生一濾波訊號，以及DCM偵測電路，其偵測該濾波訊號是否具有DCM特徵而產生前述模式訊號。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該PWM控制器包含一震盪器(oscillator)，其震盪頻率根據該控制訊號而決定。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該PWM控制器包含一導通時間(ON-time)計時器或一關閉時間(OFF-time)計時器，其根據該控制訊號而決定PWM訊號之導通時間或關閉時間。
  6. 一種切換式電源供應器驅動電路，該切換式電源供應器係用以將輸入電壓轉換為輸出電壓，其可操作於連續導通模式(continuous conduction mode,CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)、或兩者之間的邊界導通模式(boundary conduction mode,BCM)，該切換式電源供應器驅動電路包含：模式偵測電路，與該切換式電源供應器之功率級耦接，以偵測該電源供應器之操作模式，並產生一模式訊號；控制訊號產生電路，根據該模式訊號產生一控制訊號；以及PWM控制電路，根據與該輸出電壓相關的一回授訊號而產生一PWM訊號以控制該輸入電壓與輸出電壓間之轉換，並根據該控制訊號而調整該PWM訊號之導通時間(On-time)、關閉時間(Off-time)、或頻率，以使切換式電源供應器之操作模式 可趨近於BCM，其中，當該切換式電源供應器操作於DCM時，該控制訊號減少該PWM訊號之導通時間、減少其關閉時間、或增加其頻率；當該切換式電源供應器操作於CCM時，該控制訊號增加PWM訊號之導通時間、增加其關閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可操作於或接近於BCM。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該PWM控制器包含一震盪器(oscillator)，其震盪頻率根據該控制訊號而決定。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該控制電路包含一導通時間(ON-time)計時器或一關閉時間(OFF-time)計時器，其根據該控制訊號決定PWM訊號之導通時間或關閉時間。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該控制訊號產生電路包含：電容；充放電電路，根據該模式訊號而對該電容進行充放電；電晶體，其具有受控端、電流流入端、與電流流出端，該受控端受控於電容之電壓而在該電流流入端產生一電流；以及電阻，與該電流流出端連接，其中該控制訊號為該電流流入端電流或該電流流出端電壓。
  10. 如申請專利範圍第6項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該控制訊號產生電路包含一上下計數電路，接收一時脈訊號並根據該模式訊號上下計數，以產生一計數值。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之切換式電源供應器驅動電 路，其中該控制訊號產生電路更包含一數位類比轉換電路，轉換該計數值為類比訊號成為所述控制訊號。
  12. 如申請專利範圍第6項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該切換式電源供應器係根據至少一個功率電晶體之切換而將輸入電壓轉換為輸出電壓，其中該功率電晶體係連接在一固定電位與一變換電位節點之間，且該模式偵測電路包含：低通濾波器，其接收該變換電位節點的電壓，並過濾該節點電壓而產生一濾波訊號，以及DCM偵測電路，其偵測該濾波訊號是否具有DCM特徵而產生前述模式訊號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該DCM偵測電路包含：比較器，其比較該濾波訊號與一參考訊號而產生一比較輸出訊號；以及邏輯閘，對該比較輸出訊號進行邏輯運算以得到該模式訊號。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之切換式電源供應器驅動電路，其中該DCM偵測電路更包含：一去除干擾電路，與該邏輯閘耦接，以去除干擾。
  15. 一種切換式電源供應器控制方法，該切換式電源供應器係根據至少一個功率電晶體之切換而將輸入電壓轉換為輸出電壓，該切換式電源供應器可操作於連續導通模式(continuous conduction mode,CCM)、不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)、或兩者之間的邊界導通模式(boundary conduction mode,BCM)，該操作切換式電源供應器控制方法包含： 偵測該切換式電源供應器之操作模式，並產生一模式訊號；根據該模式訊號，產生一控制訊號；以及根據該控制訊號而調整該功率電晶體之導通時間(On-time)、關閉時間(Off-time)或切換頻率，使得切換式電源供應器之操作模式可趨近於BCM，其中，當該切換式電源供應器操作於DCM時，減少該功率電晶體之導通時間、減少其關閉時間、或增加其切換頻率；當該切換式電源供應器操作於CCM時，增該功率電晶體之導通時間、增加其關閉時間、或降低其切換頻率，以使切換式電源供應器之操作模式可操作於或接近於BCM。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之切換式電源供應器控制方法，其中該功率電晶體係連接在一固定電位與一變換電位節點之間，且該偵測該切換式電源供應器之操作模式步驟包含：根據與該變換電位節點的電壓，判斷該切換式電源供應器是否操作於DCM。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之切換式電源供應器控制方法，更包含：在一般狀況下使該切換式電源供應器操作於或接近於BCM，但在以下狀況之任一者或兩者以上時則否：(1)當該切換式電源供應器之輸出電流達於一上限值時；(2)當該功率電晶體之切換頻率達於一上限值時；(3)當該功率電晶體之切換頻率達於一下限值時；或(4)當該切換式電源供應器之輸出電流低於一下限值時。
  18. 如申請專利範圍第15項所述之切換式電源供應器控制方法，更包含：提供兩種或兩種以上之控制模式，其中一種控制模式使該切換式電源供應器操作於或接近於BCM；以及 選擇其中一種作為該切換式電源供應器之控制模式。
TW99124585A 2009-09-04 2010-07-26 切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法 TWI473394B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US24005709P 2009-09-04 2009-09-04

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201110518A TW201110518A (en) 2011-03-16
TWI473394B true TWI473394B (zh) 2015-02-11

Family

ID=43647211

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW99124585A TWI473394B (zh) 2009-09-04 2010-07-26 切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US8604767B2 (zh)
CN (1) CN102013798B (zh)
TW (1) TWI473394B (zh)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8264192B2 (en) 2009-08-10 2012-09-11 Emerson Climate Technologies, Inc. Controller and method for transitioning between control angles
US8508166B2 (en) 2009-08-10 2013-08-13 Emerson Climate Technologies, Inc. Power factor correction with variable bus voltage
TWI448188B (zh) * 2010-07-29 2014-08-01 Richtek Technology Corp 在浮動地電位積體電路中提供絕對資訊的電路與方法
US9065339B2 (en) * 2011-03-11 2015-06-23 Infineon Technologies Austria Ag Methods and apparatus for voltage regulation with dynamic transient optimization
DE102011100012A1 (de) * 2011-04-29 2012-10-31 Tridonic Gmbh & Co. Kg Verfahren und Schaltung zur Leistungsfaktorkorrektur
TWI448872B (zh) * 2011-05-02 2014-08-11 Faraday Tech Corp 電流供應系統、使用此電流供應系統的類比數位轉換器以及電流供應方法
CN102364854B (zh) * 2011-06-30 2014-08-13 成都芯源系统有限公司 准固定导通时间控制电路和降压式开关调节电路
EP2568588A1 (en) * 2011-09-07 2013-03-13 Nxp B.V. Switched mode converter and methods of controlling switched mode converters
JP5725617B2 (ja) 2011-10-11 2015-05-27 ニチコン株式会社 充電装置
US20130141056A1 (en) * 2011-12-01 2013-06-06 System General Corporation Adaptive frequency compensation for pfc power converter operating in ccm and dcm
US9634593B2 (en) 2012-04-26 2017-04-25 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for permanent magnet motor control
WO2014026124A1 (en) * 2012-08-10 2014-02-13 Emerson Climate Technologies, Inc. Motor drive control using pulse-width modulation pulse skipping
TWI469476B (zh) * 2012-11-07 2015-01-11 Richtek Technology Corp 多輸出切換式電源供應器及多輸出電源供應方法
CN103812334A (zh) * 2012-11-14 2014-05-21 立锜科技股份有限公司 多输出切换式电源供应器及多输出电源供应方法
EP2741582B1 (en) * 2012-12-04 2017-08-09 LEDVANCE GmbH A converter circuit
CN103929049B (zh) 2013-01-11 2016-08-31 登丰微电子股份有限公司 恒定导通时间控制电路及直流转直流转换电路
TWI505615B (zh) * 2013-08-19 2015-10-21 Sitronix Technology Corp Automatic adjustment of the working cycle of the boost circuit
CN104600972A (zh) * 2013-10-31 2015-05-06 亚荣源科技（深圳）有限公司 可应用于功率因子校正转换器的控制电路模块
US9515556B2 (en) * 2014-04-28 2016-12-06 Intersil Americas LLC Current pulse count control in a voltage regulator
KR102199378B1 (ko) * 2014-04-30 2021-01-06 엘지전자 주식회사 전력변환장치 및 이를 구비하는 공기조화기
US9647558B2 (en) * 2014-05-02 2017-05-09 Intersil Americas LLC System and method for maintaining a constant output voltage ripple in a buck converter in discontinuous conduction mode
KR102244992B1 (ko) 2014-10-17 2021-04-28 삼성전자주식회사 부하 전류 정보를 제공하는 전력관리 집적회로 및 그것을 포함하는 전자 장치
CN105811759B (zh) * 2014-12-29 2019-04-02 登丰微电子股份有限公司 电源供应装置
US9577527B2 (en) * 2015-03-20 2017-02-21 Active-Semi, Inc. Current metering for transitioning between operating modes in switching regulators
TWI580307B (zh) * 2015-04-30 2017-04-21 立錡科技股份有限公司 發光元件驅動電路及其中之控制電路與控制方法
US9742289B2 (en) * 2015-06-23 2017-08-22 Sanken Electric Co., Ltd. Integrated circuit and switching power-supply device
CN105024540B (zh) * 2015-07-23 2018-01-16 深圳市明微电子股份有限公司 开关电源驱动芯片、控制方法及开关电源驱动电路
JP6620013B2 (ja) * 2015-12-25 2019-12-11 ローム株式会社 スイッチング電源装置
KR102592901B1 (ko) * 2016-02-26 2023-10-24 삼성디스플레이 주식회사 Dc-dc 컨버터, 이를 이용한 dc-dc 컨버팅 방법 및 이를 포함하는 표시 장치
CN107306090B (zh) * 2016-04-18 2019-04-26 产晶积体电路股份有限公司 电源控制器
TW201739155A (zh) * 2016-04-18 2017-11-01 Inno-Tech Co Ltd 電源控制器
CN106054995B (zh) * 2016-07-04 2017-08-25 东南大学 一种原边反馈反激式电源ccm与dcm模式的恒流控制系统
TWI596855B (zh) * 2016-12-26 2017-08-21 亞源科技股份有限公司 適用於具有多輸出的切換式電源供應裝置的保護電路
US10211737B1 (en) * 2017-10-11 2019-02-19 Infineon Technologies Ag Control of switching regulator
US10523184B2 (en) * 2017-11-15 2019-12-31 Semiconductor Components Industries, Llc Oscillator, method of operating the same, and PWM controller including the same
TWI742282B (zh) * 2018-05-16 2021-10-11 力智電子股份有限公司 直流-直流轉換電路及其控制方法
CN110572013B (zh) * 2019-09-03 2021-06-15 成都芯源系统有限公司 电压变换器及用于电压变换器的方法
EP3796535A1 (en) * 2019-09-19 2021-03-24 BRUSA Elektronik AG Multiphase dc-dc converter and method for controlling a multiphase dc-dc converter
TWI729617B (zh) * 2019-12-11 2021-06-01 台達電子工業股份有限公司 具有佔空比限制電路之電源供應器、佔空比限制電路及其操作方法
CN112952927B (zh) * 2019-12-11 2024-02-13 台达电子工业股份有限公司 占空比限制电路、具有其的电源供应器及其操作方法
TWI719881B (zh) * 2020-04-09 2021-02-21 新唐科技股份有限公司 穩壓控制系統及其方法
US11539282B2 (en) * 2020-06-16 2022-12-27 Fuji Electric Co., Ltd. Switching control circuit and power supply circuit
CN112018997B (zh) * 2020-09-15 2022-02-22 矽力杰半导体技术(杭州)有限公司 开关电源及其间歇省电模式控制电路和控制方法
CN113489318A (zh) * 2021-06-09 2021-10-08 西安理工大学 一种控制Buck变换器工作模态的方法

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5994885A (en) * 1993-03-23 1999-11-30 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency over broad current ranges in a switching regulator circuit
US6163142A (en) * 1998-07-08 2000-12-19 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Current-mode controller for switching DC/DC converter having a reduced output ripple current
US6307356B1 (en) * 1998-06-18 2001-10-23 Linear Technology Corporation Voltage mode feedback burst mode circuit
US6433525B2 (en) * 2000-05-03 2002-08-13 Intersil Americas Inc. Dc to DC converter method and circuitry
US7109688B1 (en) * 2004-11-05 2006-09-19 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for monotonic start up of a synchronous switching regulator
US7692417B2 (en) * 2005-09-19 2010-04-06 Skyworks Solutions, Inc. Switched mode power converter

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5969515A (en) * 1998-02-27 1999-10-19 Motorola, Inc. Apparatus and method for digital control of a power converter current
US6847195B2 (en) * 2002-08-07 2005-01-25 Skynet Electronic Co., Ltd. Auxiliary circuit for power factor corrector having self-power supplying and zero current detection mechanisms
KR100764387B1 (ko) * 2006-07-03 2007-10-05 삼성전기주식회사 준싱글단 ｐｆｃ 컨버터
KR100829121B1 (ko) * 2006-07-06 2008-05-13 단국대학교 산학협력단 비씨엠모드로 동작하는 단일전력단 역률개선 회로
US7733672B2 (en) * 2006-11-29 2010-06-08 Linear Technology Corporation Programmable conduction mode control for switching circuits
KR20090021464A (ko) * 2007-08-27 2009-03-04 삼성전기주식회사 주파수 클램핑 제어를 이용한 전원장치
DE102007041510A1 (de) * 2007-08-31 2009-03-05 Kostal Industrie Elektrik Gmbh Mehrkanaliger Gleichstromsteller

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5994885A (en) * 1993-03-23 1999-11-30 Linear Technology Corporation Control circuit and method for maintaining high efficiency over broad current ranges in a switching regulator circuit
US6307356B1 (en) * 1998-06-18 2001-10-23 Linear Technology Corporation Voltage mode feedback burst mode circuit
US6163142A (en) * 1998-07-08 2000-12-19 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Current-mode controller for switching DC/DC converter having a reduced output ripple current
US6433525B2 (en) * 2000-05-03 2002-08-13 Intersil Americas Inc. Dc to DC converter method and circuitry
US7109688B1 (en) * 2004-11-05 2006-09-19 National Semiconductor Corporation Apparatus and method for monotonic start up of a synchronous switching regulator
US7692417B2 (en) * 2005-09-19 2010-04-06 Skyworks Solutions, Inc. Switched mode power converter

Also Published As

Publication number Publication date
CN102013798A (zh) 2011-04-13
US20110057637A1 (en) 2011-03-10
TW201110518A (en) 2011-03-16
US9106132B2 (en) 2015-08-11
CN102013798B (zh) 2014-03-26
US20140062444A1 (en) 2014-03-06
US8604767B2 (en) 2013-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI473394B (zh) 切換式電源供應器及其驅動電路與控制方法
TWI782089B (zh) 在切換調節器中用於無縫模式轉變之方法、用於切換調節器之控制器及切換調節器電壓轉換器
US8773099B2 (en) Methods to reduce output voltage ripple in constant on-time DC-DC converters
US10992231B1 (en) Buck-boost converter and control method
US8456868B2 (en) Controller for a resonant switched-mode power converter
US20100141222A1 (en) Load transient sensing circuit for a power converter
US8233292B2 (en) Controllers, systems and methods for controlling power of light sources
EP2779398B1 (en) A control method of high efficient buck-boost switching regulator
US8710816B2 (en) Buck converter having reduced ripple under a light load
US20120033453A1 (en) Controller for a Resonant Switched-Mode Power Converter
US10418901B2 (en) Power converter and methods of controlling a power converter
Shi et al. Mode-selectable high-efficiency low-quiescent-current synchronous buck DC–DC converter
CN104756384A (zh) 开关稳压器及其控制方法
CN101542882A (zh) 开关稳压器及其控制方法
JP2010259257A (ja) スイッチングレギュレータ及びその動作制御方法
US20100007318A1 (en) Buck converter threshold detection for automatic pulse skipping mode
US8686657B2 (en) Power supply device and light-emitting element drive device
US11705811B2 (en) Buck-boost converter and hybrid control method
JP2014003812A (ja) 電源装置、並びに、これを用いた車載機器及び車両
JP6154584B2 (ja) 電源装置、並びに、これを用いた車載機器及び車両
JP6101439B2 (ja) 電源装置、並びに、これを用いた車載機器及び車両
US20130241660A1 (en) Buck Up Power Converter
JP2008271664A (ja) 降圧型のｄｃ−ｄｃコンバータ
TWI524644B (zh) 電力控制器以及控制光源的電力系統及方法
TWI822344B (zh) 切換式電源轉換電路及其轉換控制電路與方法