TWI477050B - 電源轉換器及其操作方法 - Google Patents

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Description

電源轉換器及其操作方法
本發明與直流-直流轉換器(DC-DC converter)有關，特別是關於一種具有較快反應速度(faster transient response)並能提升輸出電壓之輸出限制的電源轉換器及其操作方法。
近年來，電源供應電路已廣泛使用在不同電子產品上，例如可攜式電子產品、電腦產品等。電源供應電路可提供電壓或電流轉換或是提供具有固定電壓或電流之電力以供電子產品使用。在電源供應電路中，電源積體電路(Power integrated circuit,Power IC)為必要的主動元件之一。
在傳統的多相(multi-phase)恆定導通時間(Constant On-Time,COT)之架構下，每一相通道的脈寬調變(Pulse-Width Modulation,PWM)輸出均使用同一套的導通時間計算電路來計算導通時間。當新的導通時間被觸發後，電路的分配器將會依序將導通時間分配至指定的某一相通道上。然而，由於每一相通道需依序使用同一套的導通時間計算電路進行脈寬調變訊號的導通時間之計算，在同一時間下，僅能有其中某一相通道的脈寬調變訊號處於高準位(high level)，其餘相通道的脈寬調變訊號則均處於低準位(low level)，亦即各相通道之脈寬調變訊號的導通時間工作週期無法產生交疊(overlap)。因此，此一傳統的恆定導通時間架構將會對於電源轉換器之輸出電壓造成很大的輸出限制。
舉例而言，如圖1所示，假設傳統的多相恆定導通時間架構共包含有四相通道，且對應四相通道的脈寬調變輸出訊號分別為 PWM1~PWM4，則每一相通道的脈寬調變輸出訊號之導通時間最大工作週期(duty cycle)t1~t4最多僅能為整個工作週期的25%。若輸入電壓為5伏特，則每相通道的之輸出電壓最多只能輸出1.25伏特甚至更低，對於輸出電壓造成很大的輸出限制。此外，在暫態響應(Transient response)上，傳統的恆定導通時間架構雖然具有比定頻系統更快速的反應架構，然而，一旦恆定導通時間架構之輸出電壓提高，其優勢將會逐漸消失，甚至產生反轉之現象。
本發明之一範疇在於提出一種電源轉換器。於一具體實施例中，該電源轉換器包含多相輸出級、比較器及時間計算單元。多相輸出級包含多個通道。比較器用以比較第一輸入訊號及第二輸入訊號，以提供一設定訊號。時間計算單元耦接比較器及多相輸出級，用以根據設定訊號使得電源轉換器隨負載變化而調整該些通道之導通時間的工作週期。當負載變大時，比較器提供設定訊號之頻率增加，致使該些通道之導通時間的工作週期彼此交疊。
於一實施例中，比較器之兩輸入端分別耦接誤差放大器及斜波產生器，比較器所比較的第一輸入訊號及第二輸入訊號分別為誤差放大器根據參考電壓及電源轉換器之輸出電壓所產生之誤差訊號以及斜波產生器產生之斜波訊號。
於一實施例中，比較器所比較的第一輸入訊號及第二輸入訊號分別為參考電壓及電源轉換器之輸出電壓。
於一實施例中，電源轉換器進一步包含多工處理單元，耦接比較器、時間計算單元及多相輸出級，用以根據來自比較器之設定訊號分別設定對應該些通道之多個脈寬調變訊號處於高準位並 根據來自時間計算單元之重設訊號分別設定對應該些通道之多個脈寬調變訊號處於低準位。
於一實施例中，該時間計算單元包含多個時間計算器。當多工處理單元設定該些脈寬調變訊號中之第一脈寬調變訊號處於高準位時，該些時間計算器依序針對第一脈寬調變訊號計算多個時間，並發出重設訊號至多工處理單元。
於一實施例中，該些時間計算器依序針對第一脈寬調變訊號所計算的該些時間之間存在有一時間差。
於一實施例中，該些時間計算器依序針對第一脈寬調變訊號所計算的該些時間為彼此連續。
於一實施例中，多工處理單元包含第一多工器及第二多工器。第一多工器耦接比較器、時間計算單元及該些通道，用以根據設定訊號分別設定對應該些通道之多個脈寬調變訊號處於高準位；第二多工器耦接時間計算單元及該些通道，用以根據來自時間計算單元之重設訊號分別設定對應該些通道之多個脈寬調變訊號處於低準位。
於一實施例中，若該些時間計算器之數目為M，且M為大於1之正整數，該些時間計算器中之第一時間計算器根據設定訊號開始針對第一脈寬調變訊號計算完第一段時間並進入閒置狀態後，該些時間計算器中之第二時間計算器至第M時間計算器依序針對第一脈寬調變訊號計算完第二段時間至第M段時間後分別進入閒置狀態，第M時間計算器計算完第M段時間時發出重設訊號至多工處理單元。
於一實施例中，當多工處理單元根據設定訊號設定該些脈寬調變訊號中之第二脈寬調變訊號處於高準位時，若第一時間計算 器處於閒置狀態，第一時間計算器將根據設定訊號開始針對第二脈寬調變訊號計算完第一段時間並進入閒置狀態後，第二時間計算器至第M時間計算器依序針對第二脈寬調變訊號計算完第二段時間至第M段時間並分別進入閒置狀態，第M時間計算器計算完第M段時間時發出重設訊號至多工處理單元，致使多工處理單元根據重設訊號設定第二脈寬調變訊號處於低準位。
於一實施例中，時間計算單元所包含之該些時間計算器中之至少一時間計算器與電源轉換器之輸出電壓及輸入電壓有關。
於一實施例中，時間計算單元所包含之該些時間計算器均與電源轉換器之輸出電壓及輸入電壓無關。
本發明之另一範疇在於提出一種電源轉換器操作方法。於一具體實施例中，電源轉換器操作方法係用以操作電源轉換器。電源轉換器包含多相輸出級及時間計算單元。多相輸出級包含多個通道。該電源轉換器操作方法包含下列步驟：(a)比較第一輸入訊號及第二輸入訊號並選擇性地提供設定訊號，其中當負載變大時，設定訊號之頻率增加，致使該些通道之導通時間的工作週期彼此交疊(overlap)；(b)時間計算單元根據設定訊號使得電源轉換器隨負載變化而調整該些通道之導通時間的工作週期。
相較於先前技術，根據本發明之電源轉換器係透過其導通時間計算單元所包含之多個時間計算器依序對於某一脈寬調變訊號分段進行導通時間(on-time)之計算，當前面的時間計算器完成一段時間計算並交由下一個時間計算器繼續進行另一段時間計算時，前面的時間計算器即會進入閒置狀態，並可馬上開始對於另一脈寬調變訊號進行導通時間之計算。藉此，對應不同相通道的各脈寬調變輸出訊號可同時處於高準位，亦即各相通道之導通時間的工作週期可彼此交疊，故能有效改善傳統的 恆定導通時間架構對於輸出電壓所造成之輸出限制，並且當暫態現象發生時，由於本發明之各相通道的導通時間之工作週期可彼此交疊，故能有效提升暫態響應之速度。再者，由於本發明每一相通道之導通時間的計算均共用同一套導通時間計算單元進行，不僅可減少使用電路之面積，亦能減少每一相通道之導通時間的差異。此外，本發明亦可透過提供各相通道之間的輸出時間差之方式抑制迴路過度輸出之現象。
關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種電源轉換器。實際上，本發明提出的電源轉換器應用於電源積體電路(Power IC)中，但不以此為限。本發明亦可適用於交流對直流轉換器或直流對交流轉換器等電源轉換電路的架構中。
請參照圖2至圖5，圖2繪示此實施例之電源轉換器的功能方塊圖；圖3繪示電源轉換器包含有四個相通道及兩個時間計算器之一實施例；圖4繪示電源轉換器包含有四個相通道及兩個時間計算器之另一實施例；圖5繪示於本發明之電源轉換器所輸出之各相通道的導通時間工作週期產生交疊之示意圖。實際上，電源轉換器之相通道數目可以是兩個或以上，時間計算單元所包含之時間計算器數目可以是兩個或以上，端視實際需求而定，並不以此例為限。
如圖2所示，直流對直流轉換器1包含比較器10、時間計算單元12、多工處理單元14、多相輸出級16及電流平衡單元18。時間計算單元12包含有彼此耦接的多個時間計算器121、122、…。 比較器10分別耦接時間計算單元12及多工處理單元14；時間計算單元12耦接多工處理單元14；多工處理單元14耦接多相輸出級16；電流平衡單元18耦接時間計算單元12。比較器10接收第一輸入訊號V1及第二輸入訊號V2並提供設定訊號SET至時間計算單元12及多工處理單元14；時間計算單元12接收設定訊號SET並輸出重設訊號RESET至多工處理單元14；多相輸出級16輸出脈寬調變訊號PWM。
於此實施例中，於第一時間下，比較器10接收第一輸入訊號V1及第二輸入訊號V2，並比較第一輸入訊號V1及第二輸入訊號V2以判斷第一輸入訊號V1是否高於第二輸入訊號V2。
在一實施例中，如圖3所示，比較器10之兩輸入端可以分別耦接誤差放大器3及斜波產生器2。電阻R及電容C可串接至誤差放大器3與比較器10之間以及接地端G。比較器10所比較的第一輸入訊號V1及第二輸入訊號V2可分別為誤差放大器V2根據參考電壓VREF及直流對直流轉換器1之輸出電壓Vout所產生之誤差訊號以及斜波產生器2產生之斜波訊號，其中斜波訊號亦可稱之為三角波訊號或鋸齒波訊號。在另一實施例中，如圖4所示，比較器10所比較的第一輸入訊號V1及第二輸入訊號V2可分別為參考電壓VREF及直流對直流轉換器1之輸出電壓Vout。
如圖3所示，假設時間計算單元12包含有彼此耦接的第一時間計算器121及第二時間計算器122；多工處理單元14包含有第一多工器141及第二多工器142；多相輸出級16包含有第一相通道161、第二相通道162、第三相通道163及第四相通道164。比較器10之輸出端耦接時間計算單元12的第一時間計算器121以及第一多工器141；時間計算單元12的第二時間計算器122耦接第二多工器142；第一多工器141分別耦接第一相通道161、第二相通道162、 第三相通道163及第四相通道164；第二多工器142分別耦接第一相通道161、第二相通道162、第三相通道163及第四相通道164；電流平衡單元18分別耦接時間計算單元12的第一時間計算器121以及第二時間計算器122。如圖5所示，於此實施例中，直流對直流轉換器1所輸出之各相通道161~164的脈寬調變訊號PWM1~PWM4的導通時間工作週期t1~t4將會產生交疊。
請同時參照圖3及圖6，圖6繪示由第一時間計算器121及第二時間計算器122依序分別計算第一段時間T1及第二段時間T2，以完成第一脈寬調變訊號PWM1及第二脈寬調變訊號PWM2的導通時間之計算。於第一時間K1下，若比較器10判定第一輸入訊號V1高於第二輸入訊號V2，比較器10則提供設定訊號SET至第一時間計算器121及第一多工器141。
此時，第一多工器141即根據設定訊號SET設定對應第一相通道161之第一脈寬調變訊號PWM1處於高準位，並且第一時間計算器121即根據設定訊號SET從第一時間K1開始針對第一脈寬調變訊號PWM1計算第一段時間T1，並於完成計算後進入閒置狀態。
當第一時間計算器121進入閒置狀態後，第二時間計算器122即會接續從第二時間K2開始針對第一脈寬調變訊號PWM1計算第二段時間T2。在本實施例中，時間計算單元12僅包含有第一時間計算器121及第二時間計算器122。當第二時間計算器122針對第一脈寬調變訊號PWM1計算完第二段時間T2時，第二時間計算器122將會發出重設訊號RESET至第二多工器142並進入閒置狀態。
接著，第二多工器142於第三時間K3根據重設訊號RESET設定第一脈寬調變訊號PWM1處於低準位。因此，從第一多工器 141根據設定訊號SET設定第一脈寬調變訊號PWM1處於高準位開始直至第二多工器142根據重設訊號RESET設定第一脈寬調變訊號PWM1處於低準位為止，即為對應第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1。
於第四時間K4下，若比較器10再次判定第一輸入訊號V1高於第二輸入訊號V2，比較器10導通時間輸出設定訊號SET至第一時間計算器121及第一多工器141。此時，第一多工器141即根據設定訊號SET設定對應第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位。
此時，無論第二時間計算器122是否正在進行計算，只要第一時間計算器121處於閒置狀態下，第一時間計算器121即可於第四時間K4開始根據設定訊號SET開始針對第二脈寬調變訊號PWM2計算第一段時間T1，並於完成計算後進入閒置狀態。
當第一時間計算器121完成計算後，若第二時間計算器122處於閒置狀態下，第二時間計算器122即會接續於第五時間K5開始針對第二脈寬調變訊號PWM2計算第二段時間T2。當第二時間計算器122針對第二脈寬調變訊號PWM2計算完第二段時間T2時，第二時間計算器122將會發出重設訊號RESET至第二多工器142並進入閒置狀態。
接著，第二多工器142於第六時間K6根據重設訊號RESET設定第二脈寬調變訊號PWM2處於低準位。因此，從第一多工器141根據設定訊號SET設定第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位開始直至第二多工器142根據重設訊號RESET設定第二脈寬調變訊號PWM2處於低準位為止，即為對應第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2。
同理可推得(圖未示)：於第七時間下，若比較器10再次判定第 一輸入訊號V1高於第二輸入訊號V2，比較器10即會再次輸出設定訊號SET至第一時間計算器121及第一多工器141。此時，第一多工器141即根據設定訊號SET設定對應第三相通道163之第三脈寬調變訊號PWM3處於高準位。
無論第二時間計算器122此時是否正在進行計算，只要第一時間計算器121處於閒置狀態下，第一時間計算器121即可於第七時間根據設定訊號SET開始針對第三脈寬調變訊號PWM3計算第一段時間T1，並於完成計算後進入閒置狀態。
此時，若第二時間計算器122處於閒置狀態下，第二時間計算器122即會接續於第八時間開始針對第三脈寬調變訊號PWM3計算第二段時間T2。當第二時間計算器122針對第三脈寬調變訊號PWM3計算完第二段時間T2時，第二時間計算器122將會發出重設訊號RESET至第二多工器142，並於完成計算後進入閒置狀態。
接著，第二多工器142於第九時間根據重設訊號RESET設定第三脈寬調變訊號PWM3處於低準位。因此，從第一多工器141根據設定訊號SET設定第三脈寬調變訊號PWM3處於高準位開始直至第二多工器142根據重設訊號RESET設定第三脈寬調變訊號PWM3處於低準位為止，即為對應第三相通道163之第三導通時間的工作週期。
同理可推得(圖未示)：於第十時間下，若比較器10又再次判定第一輸入訊號V1高於第二輸入訊號V2，比較器10即會輸出設定訊號SET至第一時間計算器121及第一多工器141。此時，第一多工器141即根據設定訊號SET設定對應第四相通道164之第四脈寬調變訊號PWM4處於高準位。
無論第二時間計算器122此時是否正在進行計算，只要第一時間計算器121處於閒置狀態下，第一時間計算器121即可於第十時 間根據設定訊號SET開始針對第四脈寬調變訊號PWM4計算第一段時間T1，並於完成計算後進入閒置狀態。
若此時第二時間計算器122處於閒置狀態下，第二時間計算器122即會接續於第十一時間開始針對第四脈寬調變訊號PWM4計算第二段時間T2。當第二時間計算器122針對第四脈寬調變訊號PWM4計算完第二段時間T2時，第二時間計算器122將會發出重設訊號RESET至第二多工器142，並於完成計算後進入閒置狀態。
接著，第二多工器142於第十二時間根據重設訊號RESET設定第四脈寬調變訊號PWM4處於低準位。因此，從第一多工器141根據設定訊號SET設定第四脈寬調變訊號PWM4處於高準位開始直至第二多工器142根據重設訊號RESET設定第四脈寬調變訊號PWM4處於低準位為止，即為對應第四相通道164之第四導通時間的工作週期。
於實際應用中，第一時間計算器121與第二時間計算器122依序針對同一個脈寬調變訊號(例如第一脈寬調變訊號PWM1~第四脈寬調變訊號PWM4)所計算之第一段時間T1與第二段時間T2彼此之間可以是連續(如圖6至圖8所示)或兩者之間存在有一時間差，並無特定之限制。
此外，時間計算單元12所包含之第一時間計算器121與第二時間計算器122可均與直流對直流轉換器1之輸出電壓Vout及輸入電壓無關，亦可至少有一時間計算器(例如第一時間計算器121或第二時間計算器122)與直流對直流轉換器1之輸出電壓Vout及輸入電壓有關。
於此實施例中，分別耦接第一時間計算器121與第二時間計算器122的電流平衡單元18係用以根據分別對應第一相通道161~第四相通道164之第一感測電流ISEN1~第四感測電流 ISEN4對第一時間計算器121與第二時間計算器122中之一個或多個進行電流平衡校正。
如圖6所示，首先，當第一多工器141於第一時間K1下根據設定訊號SET設定對應第一相通道161之第一脈寬調變訊號PWM1處於高準位時，第一時間計算器121針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算一段時間T1(第一時間計算訊號TC1上的點A1至點B1)至第二時間K2後，第一時間計算器121即會進入閒置狀態。
接著，再由第二時間計算器122接續針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算另一段時間T2(第二時間計算訊號TC2上的點A2至點B2)至第三時間K3後，第二時間計算器122發出重設訊號RESET並進入閒置狀態。
同理，當第一多工器141於第四時間K4下根據設定訊號SET設定對應第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位時，由於此時第一時間計算器121已處於閒置狀態，並且第二時間計算器122此時並未進行導通時間之計算，第一時間計算器121即可開始針對第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2計算一段時間T3(第一時間計算訊號TC1上的點A3至點B3)至第五時間K5後，第一時間計算器121即會進入閒置狀態。
需說明的是，此實施例中之第四時間K4晚於前述的第三時間K3，亦即第一多工器141根據設定訊號SET設定對應第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位之第四時間K4晚於第二時間計算器122針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算完另一段時間T2(第二時間計算訊號TC2上的點A2至點B2)並發出重設訊號RESET之第三時間K3。
當第一時間計算器121計算完一段時間T3至第五時間K5 後，由於此時第二時間計算器122早已處於閒置狀態，因此，第二時間計算器122即可接續針對第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2計算另一段時間T4(第二時間計算訊號TC2上的點A4至點B4)至第六時間K6後，第二時間計算器122發出重設訊號RESET並進入閒置狀態。
請參照圖7，圖7係繪示當輸出電壓較高時，本發明之第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號的導通時間之工作週期將會彼此交疊。
如圖7所示，首先，當第一多工器141於第一時間K1下根據設定訊號SET設定對應第一相通道161之第一脈寬調變訊號PWM1處於高準位時，第一時間計算器121針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算一段時間T1(第一時間計算訊號TC1上的點A1至點B1)至第二時間K2後，第一時間計算器121即會進入閒置狀態。
接著，再由第二時間計算器122接續針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算另一段時間T2(第二時間計算訊號TC2上的點A2至點B2)至第三時間K3後，第二時間計算器122發出重設訊號RESET並進入閒置狀態。
同理，當第一多工器141於第四時間K4下根據設定訊號SET設定對應第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位時，由於此時第一時間計算器121已處於閒置狀態，即使第二時間計算器122此時仍在進行時間計算，第一時間計算器121即可開始針對第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2計算一段時間T3(第一時間計算訊號TC1上的點A3至點B3)至第五時間K5後，第一時間計算器121即會進入閒置狀態。
需說明的是，此實施例中之第四時間K4早於前述的第三時 間K3，亦即第一多工器141根據設定訊號SET設定對應第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位之第四時間K4早於第二時間計算器122針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算完另一段時間T2(第二時間計算訊號TC2上的點A2至點B2)並發出重設訊號RESET之第三時間K3。
當第一時間計算器121計算完一段時間T3至第五時間K5後，由於此時第二時間計算器122已處於閒置狀態，因此，第二時間計算器122即可接續針對第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2計算另一段時間T4(第二時間計算訊號TC2上的點A4至點B4)至第六時間K6後，第二時間計算器122發出重設訊號RESET並進入閒置狀態。
由上述可知：第一相通道161之第一脈寬調變訊號PWM1的第一導通時間的工作週期t1是由第一時間計算器121及第二時間計算器122依序計算兩段時間T1及T2而得，至於第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2之第二導通時間的工作週期t2則是由第一時間計算器121及第二時間計算器122依序計算兩段時間T3及T4而得。
當輸出電壓較高時，第一脈寬調變訊號PWM1的第一導通時間的工作週期t1及第二脈寬調變訊號PWM2的第二導通時間的工作週期t2將會彼此交疊。
請參照圖8，圖8係繪示當負載變大時，本發明之第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號的導通時間工作週期彼此交疊，以提升暫態響應之速度。
如圖8所示，首先，當第一多工器141於第一時間K1下根據設定訊號SET設定對應第二相通道162之第二脈寬調變訊號PWM2處於高準位時，第一時間計算器121針對第二相通道162 之第二導通時間的工作週期t2計算一段時間T3(第一時間計算訊號TC1上的A1至B1)至第二時間K2後，第一時間計算器121即會進入閒置狀態。
接著，再由第二時間計算器122接續針對第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2計算另一段時間T4(第二時間計算訊號TC2上的A2至B2)至第三時間K3後，第二時間計算器122發出重設訊號RESET並進入閒置狀態。
同理，當第一多工器141於第四時間K4下根據設定訊號SET設定對應第一相通道161之第一脈寬調變訊號PWM1處於高準位時，由於此時第一時間計算器121已處於閒置狀態，因此，即使第二時間計算器122此時仍在進行時間計算，第一時間計算器121即可開始針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算一段時間T1(第一時間計算訊號TC1上的C1至D1)至第五時間K5後，第一時間計算器121即會進入閒置狀態。
需說明的是，此實施例中之第四時間K4早於前述的第三時間K3，亦即第一多工器141根據設定訊號SET設定對應第一相通道161之第一脈寬調變訊號PWM1處於高準位之第四時間K4早於第二時間計算器122針對第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2計算完另一段時間T4(第二時間計算訊號TC2上的點A2至點B2)並發出重設訊號RESET之第三時間K3。
當第一時間計算器121計算完一段時間T1至第五時間K5後，由於此時第二時間計算器122已處於閒置狀態，因此，第二時間計算器122即可接續針對第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1計算另一段時間T2(第二時間計算訊號TC2上的C2至D2)至第六時間K6後，第二時間計算器122發出重設訊號RESET並進入閒置狀態。
需說明的是，由圖8中之負載變化訊號LOAD可知：當負載變大時，將會導致比較器10產生設定訊號SET之頻率增加，致使第一相通道161之第一導通時間的工作週期t1與第二相通道162之第二導通時間的工作週期t2之間將會彼此交疊，因此，當暫態響應發生時，其反應速度及能力得以有效獲得提升。
根據本發明之另一具體實施例係為一種電源轉換器操作方法。於此實施例中，電源轉換器操作方法係用以操作電源轉換器，並且電源轉換器包含多相輸出級及時間計算單元。多相輸出級包含N個相通道，N為大於1之正整數；時間計算單元包含M個時間計算器，M為大於1之正整數。
請參照圖9A及圖9B，圖9A及圖9B係繪示此實施例之直流對直流轉換器操作方法的流程圖。於此實施例中，假設N=2且M=2，也就是說，此實施例中之多相輸出級包含有兩個相通道，且時間計算單元包含有兩個時間計算器，但不以此為限。
如圖9A所示，首先，於第一時間下，該方法執行步驟S10，比較第一輸入訊號及第二輸入訊號以判斷第一輸入訊號是否高於第二輸入訊號。若步驟S10的判斷結果為是，該方法執行步驟S12，提供設定訊號。於步驟S14中，該方法根據設定訊號設定對應第一相通道之第一脈寬調變訊號處於高準位。
於步驟S16中，第一時間計算器根據設定訊號從第一時間開始針對第一脈寬調變訊號計算第一段時間後，進入閒置狀態。於步驟S18中，第二時間計算器接續從第二時間開始針對第一脈寬調變訊號計算第二段時間後，發出重設訊號並進入閒置狀態。於第三時間下，該方法執行步驟S20，根據重設訊號設定對應第一相通道之第一脈寬調變訊號處於低準位。
因此，從步驟S14中之第一多工器根據設定訊號設定第一脈 寬調變訊號處於高準位(第一時間)開始直至步驟S20中之第二多工器根據重設訊號設定第一脈寬調變訊號處於低準位(第三時間)為止，即為對應第一相通道之第一導通時間的工作週期。
接著，如圖9B所示，於第四時間下，該方法執行步驟S22，比較第一輸入訊號及第二輸入訊號以判斷第一輸入訊號是否高於第二輸入訊號。若步驟S22的判斷結果為是，該方法執行步驟S24，再次提供設定訊號。於步驟S26中，該方法根據設定訊號設定對應第二相通道之第二脈寬調變訊號處於高準位。
此時，無論第二時間計算器是否正在進行計算，只要第一時間計算器處於閒置狀態下，於步驟S28中，第一時間計算器根據設定訊號從第四時間開始針對第二脈寬調變訊號計算第一段時間，並於完成計算後進入閒置狀態。
當第一時間計算器完成計算後，若此時第二時間計算器處於閒置狀態下，於步驟S30中，第二時間計算器即會接續從第五時間開始針對第二脈寬調變訊號計算第二段時間後，發出重設訊號並進入閒置狀態。接著，於第六時間下，該方法執行步驟S32，根據重設訊號設定對應於第二相通道之第二脈寬調變訊號處於低準位。
因此，從步驟S26中之第一多工器根據設定訊號設定第二脈寬調變訊號處於高準位(第四時間)開始直至步驟S32中之第二多工器根據重設訊號設定第二脈寬調變訊號處於低準位(第六時間)為止，即為對應第二相通道之第二導通時間的工作週期。
相較於先前技術，根據本發明之電源轉換器係透過其導通時間計算單元所包含之多個時間計算器依序對於某一脈寬調變訊號分段進行導通時間(on-time)之計算，當前面的時間計算器完成一段時間計算並交由下一個時間計算器繼續進行另一段時間計算時，前面的時間計算器即會進入閒置狀態，並可馬上開 始對於另一脈寬調變訊號進行導通時間之計算。藉此，對應不同相通道的各脈寬調變輸出訊號可同時處於高準位，亦即各相通道之導通時間的工作週期可彼此交疊，故能有效改善傳統的恆定導通時間架構對於輸出電壓所造成之輸出限制，並且當暫態現象發生時，由於本發明之各相通道的導通時間之工作週期可彼此交疊，故能有效提升暫態響應之速度。再者，由於本發明每一相通道之導通時間的計算均共用同一套導通時間計算單元進行，不僅可減少使用電路之面積，亦能減少每一相通道之導通時間的差異。此外，本發明亦可透過提供各相通道之間的輸出時間差之方式抑制迴路過度輸出之現象。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。
S10~S32‧‧‧流程步驟
1‧‧‧直流對直流轉換器
10‧‧‧比較器
12‧‧‧時間計算單元
14‧‧‧多工處理單元
16‧‧‧多相輸出級
18‧‧‧電流平衡單元
121‧‧‧第一時間計算器
122‧‧‧第二時間計算器
V1‧‧‧第一輸入訊號
V2‧‧‧第二輸入訊號
SET‧‧‧設定訊號
RESET‧‧‧重設訊號
PWM‧‧‧脈寬調變訊號
t1~t4‧‧‧導通時間之工作週期
PWM1~PWM4‧‧‧第一脈寬調變訊號~第四脈寬調變訊號
2‧‧‧斜波產生器
3‧‧‧誤差放大器
VREF‧‧‧參考電壓
Vout‧‧‧輸出電壓
R‧‧‧電阻
C‧‧‧電容
G‧‧‧接地端
141‧‧‧第一多工器
142‧‧‧第二多工器
161~164‧‧‧第一相通道~第四相通道
ISEN1~ISEN4‧‧‧第一感測電流~第四感測電流
TC1‧‧‧第一時間計算器之第一時間計算訊號
TC2‧‧‧第二時間計算器之第二時間計算訊號
RTC1‧‧‧第一時間計算器之第一閒置狀態指示訊號
RTC2‧‧‧第二時間計算器之第二閒置狀態指示訊號
SET‧‧‧設定訊號
RESET‧‧‧重設訊號
K1~K6‧‧‧第一時間~第六時間
T1~T4‧‧‧第一段時間~第四段時間
A1~A4、B1~B4、C1~C4、D1~D2、E1~E2、F1~F2、G1~G2、H1~H2‧‧‧第一時間計算訊號及第二時間計算訊號上的點
LOAD‧‧‧負載變化訊號
圖1繪示於傳統的多相恆定導通時間架構下，電源轉換器所輸出之各相的導通時間工作週期無法產生交疊之示意圖。
圖2繪示此實施例之電源轉換器的功能方塊圖。
圖3繪示電源轉換器包含有四個相通道及兩個時間計算器之一實施例。
圖4繪示電源轉換器包含有四個相通道及兩個時間計算器之另一實施例。
圖5繪示於本發明之電源轉換器所輸出之各相通道的導通時 間工作週期產生交疊之示意圖。
圖6繪示由第一時間計算器及第二時間計算器依序分別計算第一段時間及第二段時間以完成第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號的導通時間之計算。
圖7繪示當輸出電壓較高時，本發明之第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號的導通時間之工作週期彼此交疊。
圖8繪示當負載變大時，本發明之第一脈寬調變訊號及第二脈寬調變訊號的導通時間之工作週期彼此交疊，以提升暫態響應之速度。
圖9A及圖9B繪示本發明之另一實施例之電源轉換器操作方法的流程圖。
1‧‧‧直流對直流轉換器
10‧‧‧比較器
12‧‧‧時間計算單元
14‧‧‧多工處理單元
16‧‧‧多相輸出級
18‧‧‧電流平衡單元
121‧‧‧第一時間計算器
122‧‧‧第二時間計算器
V1‧‧‧第一輸入訊號
V2‧‧‧第二輸入訊號
SET‧‧‧設定訊號
RESET‧‧‧重設訊號
PWM‧‧‧脈寬調變訊號

Claims (16)

  1. 一種電源轉換器，包含：一比較器，用以接收一第一輸入訊號及一第二輸入訊號並比較該第一輸入訊號及該第二輸入訊號，以提供一設定訊號；一時間計算單元，包含一第一時間計算器及一第二時間計算器，且耦接該比較器，該時間計算單元藉由該第一時間計算器、該第二時間計算器及該設定訊號來產生一導通時間訊號，該時間計算單元還提供一重設訊號；一多工處理單元，耦接該比較器與該時間計算單元，用以接收該導通時間訊號及該重設訊號；以及一多相輸出級，耦接該多工處理單元，用以提供多個脈寬調變訊號，其中當負載變大時，該些脈寬調變訊號彼此交疊(overlap)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該比較器之兩輸入端分別耦接一誤差放大器及一斜波產生器，該比較器所比較的該第一輸入訊號及該第二輸入訊號分別為該誤差放大器根據一參考電壓及該電源轉換器之一輸出電壓所產生之一誤差訊號以及該斜波產生器產生之一斜波訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該比較器所比較的該第一輸入訊號及該第二輸入訊號分別為一參考電壓及該電源轉換器之一輸出電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該多工處理單元根據來自該比較器之該設定訊號分別設定該些脈寬調變訊號處於高準位並根據來自該時間計算單元之該重設訊號分 別設定該些脈寬調變訊號處於低準位。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換器，其中當該多工處理單元設定該些脈寬調變訊號中之一第一脈寬調變訊號處於高準位時，該第一時間計算器及該第二時間計算器依序針對該第一脈寬調變訊號計算多個時間，並發出該重設訊號至該多工處理單元。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換器，其中該第一時間計算器及該第二時間計算器依序針對該第一脈寬調變訊號所計算的該些時間之間存在有一時間差。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換器，其中該第一時間計算器及該第二時間計算器依序針對該第一脈寬調變訊號所計算的該些時間為彼此連續。
  8. 如申請專利範圍第4項所述之電源轉換器，其中該多工處理單元包含一第一多工器及一第二多工器，該第一多工器耦接該比較器、該時間計算單元及多相輸出級，用以根據該設定訊號分別設定該些脈寬調變訊號處於高準位；該第二多工器耦接該時間計算單元及該多相輸出級，用以根據來自該時間計算單元之該重設訊號分別設定該些脈寬調變訊號處於低準位。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之電源轉換器，其中若該時間計算單元包含該第一時間計算器及該第二時間計算器在內的多個時間計算器，該些時間計算器之數目為M，且M為大於1之正整數，該些時間計算器中之該第一時間計算器根據該設定訊號開始針對該第一脈寬調變訊號計算完一第一段時間並進入 閒置狀態後，該些時間計算器中之該第二時間計算器至一第M時間計算器依序針對該第一脈寬調變訊號計算完一第二段時間至一第M段時間後分別進入閒置狀態，該第M時間計算器計算完該第M段時間時發出該重設訊號至該多工處理單元。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之電源轉換器，其中當該多工處理單元根據該設定訊號設定該些脈寬調變訊號中之一第二脈寬調變訊號處於高準位時，若該第一時間計算器處於閒置狀態，該第一時間計算器將根據該設定訊號開始針對該第二脈寬調變訊號計算完該第一段時間並進入閒置狀態後，該第二時間計算器至該第M時間計算器依序針對該第二脈寬調變訊號計算完該第二段時間至該第M段時間並分別進入閒置狀態，該第M時間計算器計算完該第M段時間時發出該重設訊號至該多工處理單元，致使該多工處理單元根據該重設訊號設定該第二脈寬調變訊號處於低準位。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該第一時間計算器及該第二時間計算器中之至少一時間計算器與該電源轉換器之一輸出電壓及一輸入電壓有關。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之電源轉換器，其中該第一時間計算器及該第二時間計算器均與該電源轉換器之一輸出電壓及一輸入電壓無關。
  13. 一種電源轉換器操作方法，用以操作一電源轉換器，該電源轉換器包含一多相輸出級、一多工處理單元及一時間計算單元，該時間計算單元包含一第一時間計算器及一第二時間計算器，該電源轉換器操作方法包含下列步驟： (a)比較一第一輸入訊號及一第二輸入訊號並選擇性地提供一設定訊號；(b)該時間計算單元藉由該第一時間計算器、該第二時間計算器及該設定訊號來產生一導通時間訊號，且該時間計算單元還提供一重設訊號；(c)該多工處理單元接收該導通時間訊號及該重設訊號；以及(d)該多相輸出級提供多個脈寬調變訊號，其中當負載變大時，該些脈寬調變訊號彼此交疊(overlap)。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之電源轉換器操作方法，其中步驟(a)中所比較的該第一輸入訊號及該第二輸入訊號分別為一誤差放大器根據一參考電壓及該電源轉換器之一輸出電壓所產生之一誤差訊號以及一斜波產生器產生之一斜波訊號。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之電源轉換器操作方法，其中步驟(a)中所比較的該第一輸入訊號及該第二輸入訊號分別為一參考電壓及該電源轉換器之一輸出電壓。
  16. 如申請專利範圍第13項所述之電源轉換器操作方法，進一步包含下列步驟：根據該設定訊號分別設定該些脈寬調變訊號處於高準位；以及根據該重設訊號分別設定該些脈寬調變訊號處於低準位。
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