TWI479790B - 開關模式電源及其斜率補償信號產生電路和控制方法 - Google Patents

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Description

開關模式電源及其斜率補償信號產生電路和控制方法

本發明涉及開關模式電源,具體地但不限於涉及紋波模式控制的降壓轉換器。

開關模式電源被廣泛用於將一振幅值的電壓源轉換成另一振幅值的輸出電壓並給負載供電。開關模式電源具有一主開關,藉由控制主開關的占空比來調節輸出電壓的振幅值。

降壓轉換器作為一種開關模式電源,用於將一直流電壓源轉換成振幅值減小的直流輸出電壓。圖1示出了一個先前技術的降壓轉換器100示意圖。降壓轉換器100包含了一個控制器11、主開關M、電感L和輸出電容C。降壓轉換器100的主開關M藉由自控制器11輸出的脈寬調變(PWM)信號控制,從而調節降壓轉換器100的輸出電壓Vout。當負載12變化時,輸出電壓Vout將會偏移,藉由檢測輸出電壓Vout並給控制器11輸送輸出電壓回饋信號FB,PWM信號的占空比變化,從而使Vout回歸到預設值。

紋波模式控制為用於開關模式電源的一種控制方式,其控制基於輸出電壓的紋波信號來實現。對降壓轉換器100而言,由於主開關M被一由高邏輯位準和低邏輯位準組成的PWM信號控制,降壓轉換器產生通過電感L的紋 波電流IL。由於輸出電容的等效串聯電阻(ESR)的存在,紋波電流導致輸出電壓Vout也含有紋波電壓成分。其中Vout的紋波電壓為IL * RESR。當含紋波電壓的輸出電壓低於一參考電壓時,主開關M被導通。為了實現穩定的控制,需要較大的紋波電壓成分。然而,輸出電壓的紋波會影響負載12的正常工作。而且,輸出電壓的較大的紋波需要較大的ESR,而較大的ESR會降低電源的效率。因此需要採用含較小ESR的輸出電容和額外的電路來產生和電感電流IL相似的斜率補償電壓信號。

圖2所示的補償電路21用於紋波模式控制。補償電路21包括電阻R和耦接至電感L兩端的電容C。補償電路21產生和輸出電感電流IL形狀相似的斜率補償補償電壓信號Vramp。然而,該補償電路21為外置的電路,採用分立的元件,這些元件具有大尺寸和高成本。在一些應用中,補償電路21和控制信號產生電路22集成在一個半導體晶片上。電容R和電容C為固定值,斜率補償電壓信號的振幅值不能被調節,從而不能適用不同的應用場合。

因此,需要一種新的採用斜率補償的紋波模式控制方法來克服上述問題。

為了解決前面描述的一個問題或者多個問題,本發明提出一種開關模式電源,斜率補償信號產生電路和控制開 關模式電源的方法。

根據本發明的一個方面,一種開關模式電源包含:輸出端子,耦接負載用於給負載供電;控制信號產生電路,具有輸入端和輸出端,其中該控制信號產生電路的輸出端提供第一控制信號;主開關,接收該第一控制信號,其中該主開關用於調節該輸出端子的輸出電壓;以及斜率補償信號產生電路,具有輸入端和輸出端,其中該斜率補償信號產生電路的輸入端接收該第一控制信號,該斜率補償信號產生電路的輸出端提供電流信號,其中該電流信號基於該第一控制信號產生,該斜率補償信號產生電路的輸出端耦接該控制信號產生電路的輸入端。在一個實施例中,開關模式電源包含降壓轉換器,其中該電流信號模擬該降壓轉換器的輸出電感電流的下降階段。在一個實施例中,開關模式電源進一步包含電阻模組,其中該斜率補償信號產生電路的輸出端耦接該電阻模組用於產生斜率補償電壓信號,其中該斜率補償電壓信號耦接該控制信號產生電路的輸入端。在一個實施例中,開關模式電源進一步包含回饋電路,其中該回饋電路具有輸入端和輸出端,其中:該回饋電路的輸入端耦接該輸出端子;該回饋電路的輸出端耦接該斜率補償信號產生電路的輸出端;以及該控制信號產生電路進一步包含比較電路,該比較電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中該比較電路的第一輸入端耦接參考電壓,該比較電路的第二輸入端耦接該回饋電路的輸出端,該第一控制信號基於該比較電路的輸出端信號產 生。在一個實施例中,該控制信號產生電路進一步產生第二控制信號,該斜率補償信號產生電路包含:電流源;第一開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該控制端耦接該第二控制信號,使得該第一開關受該第二控制信號控制;第二開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該第二開關的控制端耦接該第一控制信號控制,使得該第二開關受該第一控制信號控制,其中該第一開關的第一端耦接該電流源,該第一開關的第二端耦接該第二開關的第一端,該第二開關的第二端耦接參考地;電容,具有第一端和第二端,其中該電容的第一端耦接該第二開關的第一端,該電容的第二端耦接該第二開關的第二端;以及電流轉換電路,將該電容第一端的電壓轉換成該斜率補償信號產生電路輸出端的電流信號。在一個實施例中,該斜率補償信號產生電路進一步包含及閘,該及閘具有兩個輸入端和輸出端,其中該兩個輸入端分別接收該第一控制信號和該第二控制,該輸出端耦接該第一開關的控制端。在一個實施例中,開關模式電源進一步包含電流鏡,該電流鏡耦接於系統頻率電流源和該斜率補償信號產生電路之間。

根據本發明的另一個方面,一種斜率補償信號產生電路包含:電流源;第一開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該控制端耦接第二控制信號,使得第一開關受該第二控制信號控制;第二開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該第二開關的控制端耦接第一控制信號控制,使得該第二開關受該第一控制信號控制,其中該第一開關 的第一端耦接該電流源,該第一開關的第二端耦接該第二開關的第一端,該第二開關的第二端耦接參考地;電容,具有第一端和第二端,其中該電容的第一端耦接該第二開關的第一端,該電容的第二端耦接該第二開關的第二端;以及電流轉換電路,將該電容第一端的電壓轉換成該斜率補償信號產生電路的輸出端的電流信號。在一個實施例中,該電流轉換電路包含:電阻,具有第一端和第二端,其中該電阻的第一端耦接該參考地;放大電路,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中該放大電路的第一輸入端接收該電容第一端的電壓,該放大電路的第二輸入端耦接該電阻的第二端;以及電晶體,具有第一端、第二端和控制端,其中該電晶體的控制端耦接該放大電路的輸出端,該電晶體的第一端耦接該電阻的第二端,該電晶體的第二端耦接該斜率補償信號產生電路的輸出端。

根據本發明的又一個方面,一種控制開關模式電源的方法包含:採用第一控制信號控制該開關模式電源的主開關;採用第二控制信號控制該開關模式電源的同步整流器;基於該第一控制信號和該第二控制信號產生電流信號;藉由電阻模組將該電流信號轉換成斜率補償電壓信號;以及基於該斜率補償電壓信號和輸出端回饋信號調變該第一控制信號和第二控制信號。在一個實施例中,該產生電流信號包含:當該第一控制信號為邏輯低且該第二控制信號為邏輯高時,為電容充電;當該第一控制信號為邏輯高且該第二控制信號為邏輯低時,將該電容兩端電壓放電至零 ;當該第一控制信號和該第二控制信號都為邏輯低時,保持該電容兩端的電壓;以及將該電容兩端的電壓轉換成電流信號。在一個實施例中,該開關模式電源包含電阻分壓器用於產生該輸出端回饋信號,該電阻分壓器包含第一電阻和第二電阻,該方法進一步包含該電阻模組共用該電阻分壓器的元件,並且藉由同時按比例調節該第一電阻和該第二電阻的阻值來調節該斜率補償電壓信號。

根據本發明的實施例所提供的開關模式電源和斜率補償信號產生電路及控制方法,具有效率高、適應性強、體積小等優點。

下面將參考附圖詳細說明本發明的具體實施方式。貫穿所有附圖相同的附圖標記表示相同的或相似的部件或特徵。

下面將詳細描述本發明的具體實施例,應當注意,這裏描述的實施例只用於舉例說明,並不用於限制本發明。在下面對本發明的詳細描述中,為了更好地理解本發明,描述了大量的細節。然而,本領域技術人員將理解,沒有這些具體細節,本發明同樣可以實施。為了清晰明瞭地闡述本發明,本文簡化了一些具體結構和功能的詳細描述。此外,在一些實施例中已經詳細描述過的類似的結構和功能,在其他實施例中不再贅述。儘管本發明的各項術語是結合具體的示範實施例來一一描述的,但這些術語不應理 解為局限於這裏闡述的示範實施方式。

上述本發明的說明書和實施例僅僅以示例性的方式對本發明進行了說明,這些實施例不是完全詳盡的,並不用於限定本發明的範圍。對於公開的實施例進行變化和修改都是可能的,其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所瞭解。本發明所公開的實施例的其他變化和修改並不超出本發明的精神和保護範圍。

本發明的說明書中提到的“耦接”可指直接的連接或通過間接物的連接,如藉由導體的連接,該導體具有阻值,也可有寄生參數,如具有電感值和電容值,以及如藉由二極體的連接。

圖3A示出了根據本發明一實施例的開關模式電源系統300的示意方塊圖。開關模式電源300具有開關電路31和控制開關電路31的控制電路32。開關電路31具有一主開關M和一輸出端子OUT。開關電路31在輸出端子OUT處產生輸出電壓Vout用於供應負載33。在一個實施例中,開關電路31為一降壓電路。其中降壓電路31包含主開關M、整流器、輸出電感和輸出電容,其連接方式可參見圖1和圖2所示。主開關M受控制電路32控制執行開關動作,用於調節輸出電壓Vout。在其他的實施例中,開關電路31可以為其他形式的轉換器如升壓轉換器或降壓-升壓轉換器。回饋信號FB反映輸出電壓Vout並被送至控制電路32用於產生占空比控制信號PWM。在一個實施例 中,回饋電路34檢測輸出端OUT的輸出電壓Vout並產生回饋信號FB。在另一個實施例中,回饋信號FB直接等於輸出電壓Vout。

繼續圖3A的說明,控制電路32包含斜率補償信號產生電路321和控制信號產生電路322。其中控制信號產生電路322具有接收斜率補償電壓信號Vramp的輸入端3221和提供第一控制信號PWM的輸出端3222。控制信號PWM基於斜率補償電壓信號Vramp產生。控制信號產生電路322進一步接收回饋信號FB,使得控制信號PWM進一步基於回饋信號FB產生。在一個實施例中,主開關M接收控制信號PWM,並調節輸出端子OUT上的輸出電壓Vout。斜率補償信號產生電路321用於紋波模式控制中的斜率補償。斜率補償信號產生電路321產生斜率補償電流信號Iramp,然後藉由電阻模組35將斜率補償電流信號Iramp轉換成斜率補償電壓信號Vramp。斜率補償電壓信號Vramp用於和回饋信號FB疊加,基於該疊加值(Vramp+VFB)產生控制信號PWM。在一個實施例中,當疊加值Vramp+VFB低於參考電壓時,PWM信號設定為邏輯高用於導通主開關M。在一個實施例中,PWM信號維持一恒定時間的邏輯高。在該恒定時間後,PWM信號設定為低用於關斷主開關M。當Vramp+VFB再次低於參考電壓時,PWM信號再次設定為高。如此迴圈。斜率補償信號產生電路321具有輸入端3211和輸出端3212。其中輸入端3211接收脈寬調變控制信號PWM。至少部分基於 PWM信號,斜率補償信號產生電路321在輸出端3212產生電流信號Iramp。電流信號Iramp模擬輸出信號的至少部分階段用於捕捉主開關導通的時機。在一個實施例中,斜率補償電流信號Iramp模擬流過輸出電感的電流的下降階段。在一個實施例中,電流信號模擬輸出電壓Vout的下降階段。

繼續圖3A的說明,電流信號Iramp藉由電阻模組35轉換成斜率補償電壓信號Vramp。電阻模組35含等效電阻R,斜率補償電壓信號Vramp為:Vramp=Iramp * R。如果需要較高斜率的斜率補償電壓信號,可選用含較高等效電阻的電阻模組。如果需要較低斜率的斜率補償電壓信號,可選用含較低等效電阻的電阻模組。電阻模組35在控制電路32外,或稱為外置電阻模組。因此,斜率補償電壓信號的斜率可以藉由調節外部的電阻模組阻值來實現。

在一個實施例中,如圖4所示,電阻模組共用回饋電路44的元件,因此開關模式電源不需要額外的電阻模組。相應地,斜率補償電壓信號並不單獨地存在,它與輸出電壓的回饋信號疊加在一起,作為一個疊加電壓信號存在。

在另一個實施例中,如圖3B所示,電阻模組352為一獨立的電路或元件。斜率補償電壓信號Vramp直接輸送至控制信號產生電路322B的一個輸入端3221B,而輸出電壓Vout的回饋信號輸送至控制信號產生電路322B的另 一個輸入端3223。在圖3B中,獨立的電阻模組352包含電阻3521。

圖4示出了根據本發明一實施例的降壓轉換器系統400。降壓轉換器系統400包含開關電路41,控制電路42和回饋電路44。

開關電路41為開關模式的降壓轉換器,包含主開關M1,同步整流器M2,輸出電感L,輸出電容C和輸出端子OUT。位於輸出端子OUT的輸出電壓Vout用於為負載33供電。主開關耦接第一控制信號PWM,受PWM控制進行開關動作用於調節輸出端子OUT上的輸出電壓Vout。同步整流器M2耦接至第二控制信號LSG,受LSG信號控制。在一個實施例中,第二控制信號LSG和第一控制信號PWM呈互補狀態,即當一個信號為邏輯高時另一個信號為邏輯低。在一個實施例中,在開關M1和M2之前存在閘極驅動電路,用於將第一控制信號PWM和第二控制信號LSG提高到控制開關M1和M2導通和關斷的合適的電壓水準。在一個實施例中,控制信號產生電路422包含一死區電路,用於在第一控制信號PWM和第二控制信號LSG位準切換時增加死區時間,使得M1和M2不同時導通。在PWM和LSG的控制下,M1和M2執行開關動作。同時,藉由控制PWM的占空比,輸出端子OUT上的電壓Vout被調節。在圖示的實施例中,整流器M2為同步整流器,主開關M1和整流器M2為金屬氧化物半導體場效應電晶體(MOSFETs)。然而,在另一個實施例中,整流器 M2也可為非同步整流器。在一個實施例中,控制電路42單獨製作在一個半導體晶片上。在另一個實施例中,控制電路42和主開關一起製作在一個半導體晶片上。在再一個實施例中,控制電路42,主開關M1和同步整流器M2被製作在一個半導體晶片上。

繼續圖4的說明,控制電路42包含斜率補償信號產生電路421和控制信號產生電路422。其中控制信號產生電路422產生第一控制信號PWM和第二控制信號LSG。在另一個實施例中,控制信號產生電路只產生第一控制信號PWM。控制信號產生電路422進一步包含驅動電路4221和比較電路4222。比較電路4222具有耦接參考電壓Vref的同步輸入端,耦接到回饋電路44輸出端443的反相輸入端,以及一個向驅動電路4221輸送信號V1的輸出端。比較電路4222將回饋電路輸出端443的電壓Vfb和參考電壓Vref進行比較。當Vfb低於Vref時,比較電路4222的輸出信號V1為邏輯高。當Vfb高於Vref,比較電路4222的輸出信號V1為邏輯低。回饋信號Vfb經斜率補償信號產生電路421產生的斜率補償電流信號補償,為輸出電壓Vout回饋值和斜率補償電壓信號的疊加值。

在一個實施例中,驅動電路4221為恒定導通時間(COT)控制驅動電路。當V1從邏輯低變為邏輯高時,PWM被設定為高。PWM信號維持一恒定時間Ton的邏輯高,然後轉變為邏輯低。當V1再次從邏輯低變為邏輯高時,PWM再次轉變為邏輯高。PWM輸送至主開關M1的 控制端。圖8示出了根據本發明一實施例的驅動電路4221示意圖。驅動電路4221包含電流源81,電容C8,比較電路U2和RS觸發電路82。電流源81包含電阻R8和開關M8。信號V1輸送至觸發電路82的設定位元輸入端。比較電路U2的輸出端耦接觸發電路82的重置輸入端R。當V1由低位準變高位準時,PWM信號設定為高,同時開關M8導通用於將電容C8兩端的電壓放電至零。此時比較電路U2輸出低位準信號,觸發電路82維持高位準狀態。當C8兩端電壓完全放電後,開關M8被關斷,由輸入電壓Vin和電阻R8產生的電流向C8充電,V8上升。當V8上升至高於Ref8時,U2輸出邏輯高位準,觸發電路82設定邏輯低位準,主開關被關斷。恒定導通時間Ton由系統頻率的電流源81大小,電容C8值和參考電壓Ref8決定。而電流源81可由電阻R8調節。在一個實施例中,R8為外置的電阻,藉由調節R8來調節Ton。由此,系統頻率也藉由R8實現了調節。當R8阻值變大時,電流源I8降低,Ton延長,系統頻率降低。

斜率補償信號產生電路421在第一輸入端4212接收第一控制信號PWM,在第二輸入端4211接收第二控制信號LSG,在輸出端4213產生電流信號Iramp。電流信號Iramp模擬輸出端子OUT上至少某一些階段的輸出信號。在圖示的實施例中,斜率補償電流信號Iramp被送至回饋電路44的輸出端443。回饋電路44具有第一輸入端441,第二輸入端442和輸出端443。其中第一輸入端441耦 接輸出端子OUT,第二輸入端442耦接參考地GND,輸出端443耦接斜率補償信號產生電路421的輸出端和比較電路4222的反相輸入端。回饋電路44包含串聯的第一電阻R1和第二電阻R2,其中第一電阻R1藉由第一輸入端441耦接輸出端子OUT,R2藉由第二輸入端442耦接參考地GND,R1和R2的共同節點形成回饋電路44的輸出端443。因此,電壓Vfb的值如下:

可見,電壓Vfb包含輸出電壓Vout的回饋信號成分:,以及斜率補償電壓信號成分。其中共用回饋電路44元件R1和R2的電阻模組的等效電阻為。在一個實施例中,斜率補償電流信號Iramp至少模擬輸出電感電流IL下降階段的電流波形。因此,當IL低於某一參考值的時機可被捕捉用於設定為高PWM信號。而斜率補償電壓信號可用於紋波模式控制。

在一個實施例中,斜率補償電壓信號的斜率可藉由調節回饋電路44中R1和R2的阻值來調節。在圖4所示的實施例中,回饋電路44為一電壓分壓器,斜率補償電壓信號的斜率調節可藉由按相同的比例同時調節R1和R2來實現。如此,在調節斜率補償電壓信號斜率的同時輸出電壓Vout的回饋信號成分不變。例如,如果斜率 補償電壓信號Vramp需要調整為2Vramp,R1可調整為2R1,R2可調整為2R2,可得調整後的斜率補償電壓信號值:。同時,因為R1和R2按相同的比例變化,輸出電壓的回饋信號成分保持原來的值:

圖5示出了根據本發明一實施例的含斜率補償信號產生電路421的開關模式電源500示意圖。結合圖4的說明,開關模式電源500包含開關模式降壓轉換器。開關模式電源500包含主開關M1,輸出端子OUT,斜率補償信號產生電路421和控制信號產生電路422。

斜率補償信號產生電路421包含電流源5211,第一開關M3,第二開關M4,電容C1和電流轉換電路5212。第一開關M3具有第一端、第二端和控制端。其中開關M3的第一端耦接電流源5211,第二端耦接電壓端Vc,控制端受LSG信號控制。第二開關M4具有第一端、第二端和控制端,其中M4的第一端耦接電壓端Vc,M4的第二端耦接參考地GND,M4的控制端受控制信號PWM控制。電容C1耦接在開關M4兩端。電流轉換電路5212耦接電壓端Vc,然後將電壓信號Vc轉換成電流信號Iramp。斜率補償電流信號Iramp與Vc成正比但有相反的極性。在圖示的實施例中,開關M3和M4為MOSFET裝置,M3或M4都具有汲極、源極和閘極。其中M3的汲極耦接電流源5211,M3的源極耦接電壓端Vc,M3的閘極接收第二控制信號LSG。M4的汲極耦接電壓端Vc,M4的源極耦接 參考地GND,M4的閘極接收第一控制信號PWM。

繼續圖5的說明,在一個實施例中,控制電路42進一步包含耦接於系統頻率電流源81和斜率補償信號產生電路421之間的電流鏡523,用於根據電流源81產生斜率補償信號產生電路421的電流源5211。結合上述圖8的說明,電流源81用於控制系統頻率並可藉由電阻R8調節。通過電流鏡523,電流源5221跟隨系統頻率的電流源大小變化。當電流源81增高系統頻率增高時,電流源5211也增高,Vc充電上升速度增快,信號Vc的斜率增大。因此,斜率補償電壓信號Iramp * R的斜率和振幅值也增大,而這可以很好地適應系統頻率增高,使控制穩定。當系統頻率下降時,斜率補償電壓信號斜率下降,可以很好地適應系統頻率下降時的控制需要。在一實施例中,斜率補償信號產生電路421只接收PWM信號,且電路421包含反閘,將PWM信號反相,使得M3控制端耦接PWM信號,M4控制端耦接反閘輸出端。

圖6A示出了根據本發明一實施例的持續電流模式(CCM)下的多個信號波形圖。這些波形分別為第一控制信號PWM,第二控制信號LSG,電感電流IL,電壓Vc和斜率補償電流信號Iramp。下面將結合圖5說明斜率補償信號產生電路的工作方式。在時間t1,PWM信號設定為高,LSG信號設定為低,開關M1和M4導通,開關M2和M3關斷。此時,電感電流IL增大,電容C1被放電至零,Vc=0。因為斜率補償電流信號Iramp和Vc成正比, Iramp=0。在t2,LSG設定為高,PWM設定為低,開關M1和M4關斷,M2和M3導通。此時,電感電流IL下降,電流源5211向電容C1充電。Vc上升。因為斜率補償電流信號Iramp和Vc成正比且極性相反,Iramp下降。在t2和t3之間,Iramp為負值,也就是說,斜率補償電流信號Iramp從外部電阻模組流向斜率補償信號產生電路421。Iramp繼續下降,直到t3時刻LSG設定為低。這樣,在t2和t3期間,Iramp和IL的波形一致,或者說,在PWM為低位準LSG為高位準階段,Iramp模擬了流經輸出電感的輸出電流IL。在一個實施例中,在LSG設定為低和PWM設定為高期間,以及PWM設定為低和LSG設定為高期間採用死區時間控制,以防開關M1和M2同時導通。

圖6B示出了根據本發明一實施例的斷續電流模式(DCM)下的多個信號的波形圖。下面將結合圖5說明斜率補償信號產生電路在DCM模式下的工作方式。在時間t1,PWM設定為高,LSG設定低。參考圖6A說明所述,在t1和t2期間,IL上升,Iramp為零。在時間t2,LSG設定為高,PWM設定為低。參考圖6A說明所述,在t2和t3期間,IL下降,電容充電,Iramp也下降。在時間t3,IL下降至零,LSG和PWM都設定為低,開關M3和M4關斷。沒有電流對電容C1充電,電壓Vc保持。因此,在t2和t4期間,斜率補償電流信號Iramp和輸出電感電流IL波形一致,即模擬了輸出電感電流。因此,Iramp信號 可用於DCM模式下的紋波模式控制。

圖7示出了根據本發明一實施例的斜率補償信號產生電路中電流轉換電路5212示意圖。電流轉換電路5212包含電阻R7、放大電路71和電晶體M7。放大電路71具有第一輸入端711、第二輸入端712和輸出端713,其中第一輸入端711接收電壓Vc。電阻R7具有第一端721和第二端722,其中第一端721耦接參考地,第二端722耦接放大電路71的第二輸入端712。電晶體M7具有第一端731、第二端732和控制端,其中M7的控制端耦接放大電路71的輸出端713,M1的第一端731耦接R7的第二端722,M7的第二端732耦接斜率補償信號產生電路的輸出端4213。在一個實施例中,M7為MOSFET電晶體。M7的電阻(731和732端之間)受放大電路71輸出端713信號大小的調節。在理想狀態下,放大電路71第二端712處電壓等於第一端711處電壓Vc,且第二端712處電流為零。因此,R7兩端電壓差等於Vc,斜率補償電流信號:。在所示的實施例中,斜率補償信號產生電路5212的輸出端70耦接回饋電路44的輸出端,使得斜率補償電壓信號和輸出電壓回饋信號疊加在一起形成斜率補償後的回饋電壓Vfb,其中

圖9示出了根據本發明一實施例的含誤差放大器91的開關模式電源900示意圖。控制信號產生電路922包含誤差放大器91,加法器92,比較電路4222和驅動電路4221。開關模式電源900採用了獨立的電阻模組35來將 斜率補償電流信號Iramp轉換成斜率補償電壓信號Vramp。其中回饋電路44的輸出端耦接誤差放大器91的同相輸入端。誤差放大器91將輸出電壓的回饋信號Vfb與參考電壓Vref9的差值放大並輸出誤差放大信號ERR。加法器92將斜率補償電壓信號Vramp和誤差放大信號ERR疊加,用於紋波模式控制。比較電路4222將加法器92的輸出信號和參考電壓Vref相比較。

圖10示出了根據本發明一實施例的另一個斜率補償信號產生電路1000示意圖。斜率補償信號產生電路1000除了進一步包含或閘110外,其他和圖5所示的斜率補償信號產生電路421相同。或閘110具有兩個輸入端和輸出端。第一控制信號PWM送至開關M4的控制端和或閘110的第一個輸入端。第二控制信號LSG被送至或閘110的第二個輸入端。或閘110的輸出端耦接開關M3的控制端。當PWM信號為高位準,LSG為低位準時,M3和M4都被導通,電流源5212的電流流過M3和M4到達參考地GND。此時,電壓Vc和斜率補償電流信號Iramp都為零值。

圖11示出了根據本發明一實施例的開關模式電源的紋波模式控制方法。該方法包含步驟111-114。在步驟111,根據第一控制信號Con1和第二控制信號Con2控制開關模式電源的輸出電壓。在步驟112,根據第一控制信號Con1和第二控制信號Con2產生電流信號。在步驟113,將上述電流信號藉由電阻模組轉換成斜率補償電壓信號。在步驟114,根據上述斜率補償電壓信號和輸出電壓的 回饋信號調變第一控制信號Con1和第二控制信號Con2的占空比。在一個實施例中,第一控制信號Con1和第二控制信號Con2分別為圖4所示的PWM信號和LSG信號。

圖12示出了根據本發明一實施例的圖11中112步驟產生電流信號的方法流程圖。參看圖4,第一控制信號Con1和第二控制信號Con2的邏輯狀態決定IL變化方式。當Con2為高位準,Con1為低位準時,主開關關斷,同步整流器導通,IL從輸出端子OUT流向整流器,IL電流下降。步驟112包含在步驟1211檢測是否第一控制信號Con1為低位準且第二控制信號Con2為高位準。如果是,在步驟1212,藉由電流源向一電容充電,電容兩端壓差Vc增大。在一個實施例中,參看圖5和圖8的說明,該電流源從系統頻率的電流源鏡像而來。如果不是,在步驟1213檢測是否Con1信號為高位準,Con2信號為低位準。在該階段,主開關導通,同步整流器關斷,IL電流上升。若步驟1213判斷結果為是,在步驟1214,電容壓差被放電至零。若開關模式電源工作在DCM模式,將會出現第三種階段,在該階段,當電感電流IL下降至零時,第一控制信號Con1和第二控制信號Con12均設定為為低位準。因此產生電流信號的步驟112進一步包含在步驟1215檢測是否第一控制信號Con1和第二控制信號Con2都為低位準。若是,在步驟1216保持電容兩端的電壓差,即不充電也不放電。在步驟1217,電容壓差Vc被轉換成成比例的電流信號Iramp,其中Iramp極性和Vc相反。

在一個實施例中,該方法進一步包含藉由調節電阻模組的阻值來調節斜率補償電壓信號的振幅值。在圖4所示的實施例中,電阻模組共用包含電阻分壓器的回饋電路的元件。其中斜率補償電壓信號的振幅值藉由同比例地調節電阻分壓器中的兩個電阻實現。這樣,在調節斜率補償電壓信號的同時,輸出電壓的回饋信號大小不會受影響。

上述的一些特定實施例僅僅以示例性的方式對本發明進行說明,這些實施例不是完全詳盡的,並不用於限定本發明的範圍。對於公開的實施例進行變化和修改都是可能的,其他可行的選擇性實施例和對實施例中元件的等同變化可以被本技術領域的普通技術人員所瞭解。本發明所公開的實施例的其他變化和修改並不超出本發明的精神和保護範圍。

11‧‧‧控制器

12‧‧‧負載

21‧‧‧補償電路

22‧‧‧控制信號產生電路

31‧‧‧開關電路

32‧‧‧控制電路

33‧‧‧負載

34‧‧‧反饋電路

321‧‧‧斜率補償信號產生電路

322‧‧‧控制信號產生電路

35‧‧‧電阻模組

300‧‧‧開關模式電源系統

100‧‧‧降壓轉換器

322B‧‧‧控制信號產生電路

352‧‧‧電阻模組

3521‧‧‧電阻

400‧‧‧降壓轉換器系統

41‧‧‧開關電路

42‧‧‧控制電路

44‧‧‧反饋電路

421‧‧‧斜率補償信號產生電路

4221‧‧‧驅動電路

4222‧‧‧比較電路

500‧‧‧開關模式電源

422‧‧‧控制信號產生電路

81‧‧‧電流源

5211‧‧‧電源流

5212‧‧‧電流轉換電路

523‧‧‧電流鏡

71‧‧‧放大電路

81‧‧‧電流源

82‧‧‧觸發電路

900‧‧‧開關模式電源

92‧‧‧加法器

1000‧‧‧斜率補償信號產生電路

110‧‧‧或閘

91‧‧‧誤差放大器

M‧‧‧主開關

L‧‧‧電感

C‧‧‧輸出電容

R1‧‧‧電阻

M1‧‧‧主開關

M2‧‧‧同步整流器

R8‧‧‧電阻

M8‧‧‧開關

C8‧‧‧電容

R2‧‧‧電阻

M3‧‧‧第一開關

M4‧‧‧第二開關

為了更好的理解本發明,將根據以下附圖對本發明進行詳細描述:圖1示出了一個先前技術的降壓轉換器的示意圖;圖2示出了一個先前技術的含補償電路的降壓轉換器;圖3A示出了根據本發明一實施例的開關模式電源的示意框圖;圖3B示出了根據本發明一實施例的含獨立電阻模組的開關模式電源示意方塊圖; 圖4示出了根據本發明一實施例的降壓轉換器系統;圖5示出了根據本發明一實施例的含斜率補償信號產生電路的開關模式電源示意圖;圖6A示出了根據本發明一實施例的持續電流模式(CCM)開關模式電源的多個信號的波形圖;圖6B示出了根據本發明一實施例的斷續電流模式(DCM)開關模式電源的多個信號的波形圖;圖7示出了根據本發明一實施例的斜率補償信號產生電路的電流轉換電路示意圖;圖8示出了根據本發明一實施例的驅動電路示意圖;圖9示出了根據本發明一實施例的含誤差放大器的開關模式電源示意圖;圖10示出了根據本發明一實施例的另一個斜率補償信號產生電路示意圖;圖11示出了根據本發明一實施例的開關模式電源控制方法流程示意圖;圖12示出了根據本發明一實施例的電流信號產生方法流程示意圖。

31‧‧‧開關電路

32‧‧‧控制電路

33‧‧‧負載

34‧‧‧反饋電路

35‧‧‧電阻模組

300‧‧‧開關模式電源系統

321‧‧‧斜率補償信號產生電路

322‧‧‧控制信號產生電路

3211‧‧‧輸入端

3212‧‧‧輸出端

3221‧‧‧輸入端

3222‧‧‧輸出端

PWM‧‧‧第一控制信號

Vout‧‧‧輸出電壓

OUT‧‧‧輸出端子

Iramp‧‧‧斜率補償電流信號

Vramp‧‧‧斜率補償電壓信號

Vin‧‧‧輸入電壓

M‧‧‧主開關

FB‧‧‧電壓回饋信號

Claims (12)

  1. 一種開關模式電源,包含:輸出端子,耦接負載用於給負載供電;控制信號產生電路,具有輸入端和輸出端,其中該控制信號產生電路的輸出端提供第一控制信號;主開關,接收該第一控制信號,其中該主開關用於調節該輸出端子的輸出電壓;斜率補償信號產生電路,具有輸入端和輸出端,其中該斜率補償信號產生電路的輸入端接收該第一控制信號,該斜率補償信號產生電路的輸出端提供斜率補償電流信號,其中該斜率補償電流信號基於該第一控制信號產生,該斜率補償信號產生電路的輸出端耦接該控制信號產生電路的輸入端;以及電阻模組,將該斜率補償電流信號轉換成斜率補償電壓信號,該電阻模組共用包含電阻分壓器的回饋電路的元件,該電阻分壓器包含第一電阻和第二電阻,並且藉由調節該第一電阻和該第二電阻的阻值來調節該斜率補償電壓信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的開關模式電源,包含降壓轉換器,其中該斜率補償電流信號模擬該降壓轉換器的輸出電感電流的下降階段。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的開關模式電源,其中該斜率補償信號產生電路的輸出端耦接該電阻模組用於產生斜率補償電壓信號,其中該斜率補償電壓信號耦接該控 制信號產生電路的輸入端。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的開關模式電源,其中該回饋電路具有輸入端和輸出端,其中:該回饋電路的輸入端耦接該輸出端子;該回饋電路的輸出端耦接該斜率補償信號產生電路的輸出端;以及該控制信號產生電路進一步包含比較電路,該比較電路具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中該比較電路的第一輸入端耦接參考電壓,該比較電路的第二輸入端耦接該回饋電路的輸出端,該第一控制信號基於該比較電路的輸出端信號產生。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的開關模式電源,其中該控制信號產生電路進一步產生第二控制信號,該斜率補償信號產生電路包含:電流源;第一開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該控制端耦接該第二控制信號,使得該第一開關受該第二控制信號控制;第二開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該第二開關的控制端耦接該第一控制信號,使得該第二開關受該第一控制信號控制,其中該第一開關的第一端耦接該電流源,該第一開關的第二端耦接該第二開關的第一端,該第二開關的第二端耦接參考地;電容,具有第一端和第二端,其中該電容的第一端耦 接該第二開關的第一端,該電容的第二端耦接該第二開關的第二端;以及電流轉換電路,將該電容第一端的電壓轉換成該斜率補償信號產生電路輸出端的斜率補償電流信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的開關模式電源,其中該斜率補償信號產生電路進一步包含或閘,該或閘具有兩個輸入端和輸出端,其中該兩個輸入端分別接收該第一控制信號和該第二控制信號,該輸出端耦接該第一開關的控制端。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的開關模式電源,進一步包含電流鏡,該電流鏡耦接於系統頻率電流源和該斜率補償信號產生電路之間。
  8. 一種斜率補償信號產生電路,包含:電流源;電流鏡,該電流鏡耦接於系統頻率電流源和該斜率補償信號產生電路之間;第一開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該控制端耦接第二控制信號,使得第一開關受該第二控制信號控制;第二開關,具有第一端、第二端和控制端,其中該第二開關的控制端耦接該第一控制信號,使得該第二開關受該第一控制信號控制,其中該第一開關的第一端耦接該電流源,該第一開關的第二端耦接該第二開關的第一端,該第二開關的第二端耦接參考地; 電容,具有第一端和第二端,其中該電容的第一端耦接該第二開關的第一端,該電容的第二端耦接該第二開關的第二端;以及電流轉換電路,將該電容第一端的電壓轉換成該斜率補償信號產生電路的輸出端的斜率補償電流信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的斜率補償信號產生電路,其中該電流轉換電路包含:電阻,具有第一端和第二端,其中該電阻的第一端耦接該參考地;放大電路,具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端,其中該放大電路的第一輸入端接收該電容第一端的電壓,該放大電路的第二輸入端耦接該電阻的第二端;以及電晶體,具有第一端、第二端和控制端,其中該電晶體的控制端耦接該放大電路的輸出端,該電晶體的第一端耦接該電阻的第二端,該電晶體的第二端耦接該斜率補償信號產生電路的輸出端。
  10. 一種控制開關模式電源的方法,包含:採用第一控制信號控制該開關模式電源的主開關;採用第二控制信號控制該開關模式電源的同步整流器;基於該第一控制信號和該第二控制信號產生斜率補償電流信號;藉由電阻模組將該斜率補償電流信號轉換成斜率補償電壓信號;以及基於該斜率補償電壓信號和輸出端回饋信號調變該第 一控制信號和第二控制信號;其中該電阻模組共用包含電阻分壓器的回饋電路的元件,該電阻分壓器包含第一電阻和第二電阻,並且藉由調節該第一電阻和該第二電阻的阻值來調節該斜率補償電壓信號。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的方法,其中該產生斜率補償電流信號包含:當該第一控制信號為邏輯低且該第二控制信號為邏輯高時,為電容充電;當該第一控制信號為邏輯高且該第二控制信號為邏輯低時,將該電容兩端電壓放電至零;當該第一控制信號和該第二控制信號都為邏輯低時,保持該電容兩端的電壓;以及將該電容兩端的電壓轉換成斜率補償電流信號。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的方法,其中該開關模式電源包含電阻分壓器用於產生該輸出端回饋信號,並且藉由按相同的比例同時調節該第一電阻和該第二電阻的阻值來調節該斜率補償電壓信號。
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