TWI514740B

TWI514740B - 電源控制器以及相關之控制方法

Info

Publication number: TWI514740B
Application number: TW103124355A
Authority: TW
Inventors: Yi Lun Shen; Ren Yi Chen
Original assignee: Grenergy Opto Inc
Priority date: 2014-07-16
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2015-12-21
Also published as: TW201605160A

Description

電源控制器以及相關之控制方法

本發明之實施例係相關於開關式電源供應器(switched mode power supply)。

開關式電源供應器一般採用一功率開關來控制流經一電感元件之一電流。跟其他一般電源供應器相較之下，開關式電源供應器具有較小的產品體積以及較優越的轉換效率，所以廣受業界的歡迎與採用。

在眾多中開關式電源供應器中，有一種操作於準諧振(quasi-resonance，QR)模式，稱為QR開關式電源供應器。QR開關式電源供應器可以使一功率開關，於其跨壓大致在最低時，從一關閉狀態，而變成導通狀態，所以理論上能降低該功率開關的開關損耗(switching loss)。因此，QR開關式電源供應器的轉換效率，尤其是重載時，一般是相當優秀的。

第1圖顯示一習知的QR開關式電源供應器10，其中變壓器為一電感元件，具有相電感耦合的一次側繞組PRM、二次側繞組SEC以及一輔助繞組AUX。QR開關式電源供應器10由輸入電壓V_IN 所供電，提供負載24一輸出電壓V_OUT 以及一輸出電流I_OUT 。QR控制器26產生脈波寬度調變(PWM)信號V_GATE ，透過驅動端GATE，來週期性的開關功率開關34。透過分壓電阻28與30，QR控制器26偵測輔助繞組AUX的跨壓V_AUX 。第2圖顯示第1圖中的PWM信號V_GATE 以及跨壓V_AUX 。在第2圖中，PWM信號V_GATE 的兩個上升緣之間為一個開關週期，其間的時間稱為週期時間T_CYC ，其由一個開啟時間T_ON 與一個關閉時間T_OFF 所構成。開啟時間T_ON 是功率開關34在一週期時間T_CYC 內的持續維持開啟的時間長度，也是PWM信號V_GATE 中的脈波寬度。如同第2圖所示，在關閉時間T_OFF 的後半部，因為電感元件放電完畢，跨壓V_AUX 開始震盪而有兩個信號波谷VL₁ 與VL₂ 。QR控制器26可使週期時間T_CYC 大約結束於信號波谷VL₂ 出現時。這樣在信號波谷出現時使週期時間T_CYC 結束的控制方式，一般稱為波谷切換(valley switching)。

QR開關式電源供應器10中，位於補償端COMP，有一補償信號V_COMP ，其受控於運算放大器20，而運算放大器20比較輸出電壓V_OUT 與目標電壓V_TAR 之間的差異。習知的QR控制器26中，補償信號V_COMP 大致同時決定了開啟時間T_ON 以及遮蔽時間T_BLOCK 。在遮蔽時間T_BLOCK 結束之後，QR控制器26才允許結束週期時間T_CYC ，以避免過早的波谷切換，導致開關頻率f_CYC (=1/T_CYC )過高而降低了轉換效率。所以，遮蔽時間T_BLOCK 等於定義了最大開關頻率f_CYC-MAX (=1/T_BLOCK )。

習知的QR開關式電源供應器10有兩個可能的問題。

1.電磁波干擾難以解決。在一個固定負載24時，補償信號V_COMP 可能是固定的一個值，功率開關34在固定的一個信號波谷結束一週期時間T_CYC ，這便意味著固定的一個開關頻率f_CYC ，以及相當強烈的電磁波干擾。一種習知的解決方式是對於補償信號V_COMP 進行微小干擾，但是運算放大器20所提供的負回饋機制往往自動地把所提供的干擾抵銷，因此成效不明顯。

2.異音(audible noise)的出現。在一個固定的負載24時，補償信號V_COMP 可能震盪，使得QR控制器26一會兒在一個信號波谷進行波谷切換，而在另一會兒在另一個相鄰的信號波谷進行波谷切換。這樣波谷切換不穩定的結果，可能使得QR開關式電源供應器10產生擾人的異音。會產生異音的電源供應器，一般是很難讓市場接受的。

實施例揭示有一種電源控制器，適用於一開關式電源供應器。該開關式電源供應器包含有串聯在一起的一電感元件以及一功率開關。該電感元件之一跨壓可震盪而產生至少一信號波谷。該功率開關受一脈波寬度調變信號所控制。該脈波寬度調變信號具有一開啟時間以及一關閉時間。該電源控制器包含有一波谷偵測器、一遮蔽時間產生器、以及一關閉時間控制器。該波谷偵測器耦接至該電感元件，用以產生一波谷指示信號，以指出該至少一信號波谷出現的時間。該遮蔽時間產生器提供一遮蔽時間。該關閉時間控制器紀錄有一震盪時間紀錄，其代表一前震盪時間，關聯於一前開關週期；依據該震盪時間紀錄、該遮蔽時間以及該波谷指示信號，來結束該關閉時間；以及，依據一震盪時間，更新該震盪時間紀錄。該震盪時間係由該跨壓開始震盪後之一起點開始，而與該關閉時間一同結束。

實施例揭示有一種控制方法，適用於一電源供應器，其包含有一電感元件以及一功率開關。該功率開關受一脈波寬度調變信號所控制。該脈波寬度調變信號具有數個開關週期。每一開關週期的週期時間具有一開啟時間以及一關閉時間。該電感元件之一跨壓可震盪而具有一震盪週期，並產生至少一信號波谷。該控制方法包含有：提供一震盪時間紀錄，其代表一前震盪時間，關聯於一前開關週期；於一開關週期內，依據該前震盪時間，控制該功率開關，使該關閉時間結束；以及，依據一震盪時間，更新該震盪時間紀錄。該震盪時間與該前震盪時間都從該跨壓開始震盪後之一起點開始，且該震盪時間與該關閉時間同時結束。該震盪時間與該前震盪時間之差，小於該震盪週期，以使該前開關週期與該開關週期其中之一操作於波谷切換，另一操作於非波谷切換。

10‧‧‧QR開關式電源供應器

20‧‧‧運算放大器

24‧‧‧負載

26‧‧‧QR控制器

28、30‧‧‧分壓電阻

34‧‧‧功率開關

36‧‧‧電阻

80‧‧‧QR控制器

82‧‧‧波谷偵測器

84‧‧‧放電時間偵測器

86‧‧‧輸出電流估算器

88‧‧‧及閘

90‧‧‧遮蔽時間產生器

92‧‧‧頻率抖動器

94‧‧‧脈波寬度調變器

100‧‧‧CS峰值電壓偵測器

102‧‧‧電壓控制電流源

104‧‧‧開關

190‧‧‧轉導器

192‧‧‧電位轉換器

196‧‧‧更新電路

198‧‧‧收集電容

199‧‧‧電容

200‧‧‧電源控制器

300‧‧‧QR控制器

302‧‧‧關閉時間控制器

304、305、306、308、310、312、314、315、316、318、320、322、324‧‧‧步驟

ACC‧‧‧收集端

AUX‧‧‧輔助繞組

COMP‧‧‧補償端

CS‧‧‧電流偵測端

f_CYC ‧‧‧開關頻率

f_CYC-MAX ‧‧‧最大開關頻率

GATE‧‧‧驅動端

I_CHARGE ‧‧‧充電電流

I_CS ‧‧‧電流

I_DIS ‧‧‧放電電流

I_L ‧‧‧預設電流

I_H ‧‧‧預設電流

I_OUT ‧‧‧輸出電流

I_PRM ‧‧‧電流

PRM‧‧‧一次側繞組

PT_S-VL ‧‧‧前震盪時間

QRD‧‧‧偵測端

S_BLOCK ‧‧‧遮蔽信號

SEC‧‧‧二次側繞組

S_JITTER ‧‧‧抖動控制信號

S_LOCK ‧‧‧鎖定信號

S_TDIS ‧‧‧放電時間信號

S_UPDATE ‧‧‧更新信號

S_VD ‧‧‧波谷指示信號

t_STR 、t₁ 、t₂ 、t₃ 、t₄ 、t_RELEASE 、t_END 、t_AB-1ST 、t_W-S 、t_W-E ‧‧‧時間點

T_BLOCK ‧‧‧遮蔽時間

T_CYC ‧‧‧週期時間

T_AUX-CYC ‧‧‧震盪週期

T_DIS ‧‧‧放電時間

T_OFF ‧‧‧關閉時間

T_ON ‧‧‧開啟時間

T_S-VL ‧‧‧震盪時間

TW‧‧‧時窗

V_ACC ‧‧‧回饋電壓

V_AUX ‧‧‧跨壓

V_COMP ‧‧‧補償信號

V_COMP-SCALED ‧‧‧比例補償信號

V_CS ‧‧‧電流偵測信號

V_CS-PEAK ‧‧‧電壓

V_GATE ‧‧‧PWM信號

V_IN ‧‧‧輸入電壓

VL₁ 、VL₂ 、VL₃ ‧‧‧信號波谷

V_L-EST ‧‧‧負載代表信號

V_M ‧‧‧電壓

V_OUT ‧‧‧輸出電壓

V_QRD ‧‧‧偵測電壓

V_REF ‧‧‧預設參考電壓

V_TAR ‧‧‧目標電壓

第1圖顯示一習知的QR開關式電源供應器。

第2圖顯示第1圖中的PWM信號V_GATE 以及跨壓V_AUX ；第3圖顯示依據本發明所實施的一QR控制器；第4圖顯示一依據本發明所實施的QR開關式電源供應器中的一些信號波形；第5圖舉例一輸出電流估算器；第6圖顯示負載代表信號V_L-EST 與輸出電流I_OUT 的關係；第7圖顯示負載代表信號V_L-EST 與一最大開關頻率f_CYC-MAX (=1/T_BLOCK )之間的關係；第8圖顯示依據本發明所實施的一電源控制器；第9圖顯示可以實施轉轉換的一QR控制器；第10圖顯示QR控制器300取代了第1圖之QR控制器26後，電路中的一些信號波形；第11圖為一實施例中，關閉時間控制器302所採用的控制方法；第12圖顯示當負載由重轉輕時，一些連續開關週期中的跨壓V_AUX ，以及一些信號的時序；第13圖顯示當負載由輕轉重時，一些連續開關週期中的跨壓V_AUX ，以及一些信號的時序；第14圖顯示習知技術中，震盪時間T_S-VL 的一種可能變化；以及第15圖顯示依據本發明之一實施例中，震盪時間T_S-VL 的一種可能變化。

本發明的一實施例所舉例的一電源控制器中，一補償信號V_COMP 只有決定一開啟時間T_ON 。該電源控制器會去偵測一輔助繞組AUX的一放電時間T_DIS ，然後利用電流偵測信號V_CS 以及放電時間T_DIS ，去推算出一負載代表信號V_L-EST 。該負載代表信號V_L-EST 大致可代表了當下的電源供應器，對一負載所提供的輸出電流I_OUT 。該電源控制器依據該負載代表信號V_L-EST 來決定一遮蔽時間T_BLOCK 。在該遮蔽時間T_BLOCK 過去之後，該電源控制器才允許結束週期時間T_CYC 。

簡單的說，在本發明的一實施例中，開啟時間T_ON 是由補償信號V_COMP 所決定，而遮蔽時間T_BLOCK 是由代表該輸出電流I_OUT 的該負載代表信號V_L-EST 所決定。

這樣的設計下，只要在該負載不變的一穩態條件下，該輸出電流I_OUT 是一固定的常數，而對應的該遮蔽時間T_BLOCK 就會大約是一個定值。此時，該補償信號V_COMP 會自動的被調整，而產生適切的開啟時間T_ON 。結果就是該電源供應器的功率開關可以在一個固定的信號波谷進行波谷切換，不再會有習知技術中波谷切換不穩定的問題發生。所以可能可以消除異音。

在本發明的一實施例中，為了消除固定之波谷切換所可能造成的電磁波干擾，因此一電源控制器對於該遮蔽時間T_BLOCK 進行抖動(jittering)。該遮蔽時間T_BLOCK 的抖動結果，當然會影響到補償信號V_COMP 。但是，在該實施例中，補償信號V_COMP 並不會影響到遮蔽時間T_BLOCK ，因為該遮蔽時間T_BLOCK 大致只有被該輸出電流I_OUT 以及該抖動所影響，而測量電磁波干擾時，該輸出電流I_OUT 為定值。因此，可以確定該遮蔽時間T_BLOCK 的抖動結果，大致可以忠實地也有效地，將該遮蔽時間T_BLOCK 變化於一定小範圍內，可能可以將開關頻率f_CYC 變化於相對應一小範圍內，來解決電磁波干擾的問題。

第3圖顯示依據本發明所實施的一QR控制器80，在一實施例中，其取代了第1圖中的QR控制器26。如同第3圖所示，QR控制器80包含有波谷偵測器82、放電時間偵測器84、輸出電流估算器86、及閘88、遮蔽時間產生器90、頻率抖動器92、以及脈波寬度調變器94。第4圖顯示QR控制器80取代了第1圖之QR控制器26後，電路中的一些信號波形。以下的說明，請同時參照第1、3與4圖。

放電時間偵測器84，透過偵測端QRD以及分壓電阻30與28，耦接至輔助繞組AUX。放電時間偵測器84依據輔助繞組AUX之跨壓V_AUX ，來產生放電時間信號S_TDIS ，其可以指示出輔助繞組AUX的一放電時間T_DIS 。舉例來說，如同第4圖中的放電時間信號S_TDIS 之波形所示，放電時間T_DIS 大約為在開啟時間T_ON 結束後，跨壓V_AUX 的第1個上升緣(於時間點t₁ )到第1個下降緣之間(於時間點t₂ )的時間。

波谷偵測器82透過偵測端QRD，來偵測在放電時間T_DIS 後，跨壓V_AUX 上所出現的信號波谷。偵測端QRD上有偵測電壓V_QRD 。波谷偵測器82會產生一波谷指示信號S_VD ，其具有數個脈衝，每個表示一對應信號波谷出現的時間。舉例來說，當跨壓V_AUX 下降交越過0V後一固定時間，波谷指示信號S_VD 就有一個脈衝。如同第4圖中的跨壓V_AUX 與波谷指示信號S_VD 之波形所舉例的，跨壓V_AUX 在關閉時間T_OFF 內第一次下降交越過0V(時間點t₃ )後，表示信號波谷VL₁ 出現，所以導致在時間點t₄ ，波谷指示信號S_VD 具有一個脈衝。類似的，信號波谷VL₂ 出現後一固定時間，波谷指示信號S_VD 具有另一個脈衝。

如第3圖所示，輸出電流估算器86接收電流偵測信號V_CS 以及放電時間信號S_TDIS ，據以產生負載代表信號V_L-EST 。電流偵測信號V_CS 位於電流偵測端CS，其表示流經電阻36的電流I_CS ，其也是流經一次側繞組PRM的電流I_PRM 。雖然負載代表信號V_L-EST 是個預估的結果，但是它大致可以代表供應給負載24的輸出電流I_OUT 。稍後將舉例細部說明輸出電流估算器86。

遮蔽時間產生器90，依據負載代表信號V_L-EST ，產生一遮蔽信號S_BLOCK ，以提供遮蔽時間T_BLOCK 。舉例來說，當負載代表信號V_L-EST 越大時，遮蔽時間T_BLOCK 越大。如同第4圖之遮蔽信號S_BLOCK 的波形所舉例，遮蔽時間T_BLOCK 與週期時間T_CYC 大致同步開始(於時間點t_STR )，而遮蔽時間T_BLOCK 結束於時間點t_RELEASE 。

頻率抖動器92，連接至遮蔽時間產生器90，提供一抖動控制信號S_JITTER ，用以些許的改變遮蔽時間T_BLOCK 。舉例來說，在負載24不變的一穩態下，抖動控制信號S_JITTER 為一周期性信號，其變化頻率為400Hz，且抖動控制信號S_JITTER 可使遮蔽時間T_BLOCK 變化於1/(27.5kHz)~1/(25kHz)之間，所以開關頻率f_CYC 將可能會大約變化於25kHz~27.5kHz之間。換言之，此時，抖動控制信號S_JITTER 的變化週期(=1/400)，遠大於週期時間T_CYC (介於1/(27.5kHz)與1/(25kHz))。

及閘88之兩個輸入分別連接至遮蔽時間產生器90以及波谷偵測器82。只有在遮蔽時間T_BLOCK 結束後，及閘88才會傳遞波谷指示信號S_VD ，而波谷指示信號S_VD 中的脈衝才能設置(set)脈波寬度調變器94。如同第4圖之波谷指示信號S_VD 與遮蔽信號S_BLOCK 之波形所舉例的，在遮蔽時間T_BLOCK 結束(t_RELEASE )後的時間點t_END ，波谷指示信號S_VD 出現了一個脈衝，而這個脈衝設置了脈波寬度調變器94，使得PWM信號V_GATE 被設置為邏輯上的”1”。及閘88使週期時間T_CYC 結束於遮蔽時間T_BLOCK 後的第一個信號波谷出現時(時間點t_END )。此開關週期的時間點t_END ，等於下一開關週期的時間點t_STR 。因此，及閘88可以視為一邏輯電路，其使PWM信號V_GATE 之週期時間T_CYC ，不小於遮蔽時間T_BLOCK 。

如同第4圖中的時間點t_STR 與t_END 所舉例的，當PWM信號V_GATE 一被設置為邏輯上的”1”時，功率開關34被開啟，開始一週期時間T_CYC 以及一開啟時間T_ON 。脈波寬度調變器94依據補償信號V_COMP 與電流偵測信號V_CS ，決定開啟時間T_ON 的長度。舉例來說，第4圖中有顯示一比例補償信號V_COMP-SCALED ，其大致為比例於補償信號V_COMP 。如同第4圖中的電流偵測信號V_CS 之波形所示，當電流偵測信號V_CS 超過比例補償信號V_COMP-SCALED 時 (時間點t₁ )，PWM信號V_GATE 被變更為邏輯上的”0”，開啟時間T_ON 結束，關閉時間T_OFF 開始。

第5圖舉例輸出電流估算器86，其具有轉導器190、電位轉換器(level shifter)192、一更新電路196、一收集電容198、一開關104、一電壓控制電流源(voltage-controlled current source)102、以及一CS峰值電壓偵測器100。

CS峰值電壓偵測器100產生電壓V_CS-PEAK ，其代表了電流偵測信號V_CS 的一峰值。舉例來說，美國專利申請公開號US20100321956A1中的第10圖就提供了CS峰值電壓偵測器100之一例子。在一些實施例中，CS峰值電壓偵測器100可以用美國專利申請公開號US20100321956A1之第17圖或18圖中所舉例之平均電流偵測器所取代。電壓控制電流源102將電壓V_CS-PEAK 轉換成放電電流I_DIS ，其僅有在放電時間信號S_TDIS 為邏輯上之”1”時，對收集端ACC放電。換言之，放電電流I_DIS 對收集端ACC的放電時間，等效上大約等於放電時間T_DIS 。在一些實施例中，第5圖中的開關104可以省略，取而代之的，放電時間信號S_TDIS 用來啟動(activate)或是關閉(deactivate)電壓控制電流源102。在電容199上的電壓V_M ，被位移轉換後，成為負載代表信號V_L-EST ，送給轉導器190，用來跟一預設參考電壓V_REF 比較。轉導器190依據比較結果，來輸出充電電流I_CHARGE ，對收集端ACC持續地充電。更新電路196受更新信號S_UPDATE 所觸發，對收集端ACC上的回饋電壓V_ACC 取樣，來更新電壓V_M ，可以每一個週期時間T_CYC 來更新一次。更新信號S_UPDATE 並不必要每個週期時間T_CYC 就使得更新電路196執行更新一次，舉例來說，也可以每兩個週期時間T_CYC 執行更新一次。在一實施例中，更新信號S_UPDATE 可以等同於脈波寬度調變信號V_GATE ，意味著更新的動作在關閉時間T_OFF 一開始時被執行。電壓V_M 平時都是保持在一個定值，直到更新電路196對它更新後，才會變成另一個定值。從以上說明可以發現，當電壓V_M 不變時，充電電流I_CHARGE 也會維持不變。

在一週期時間T_CYC 內，收集電容198紀錄且收集了充電電流I_CHARGE 於週期時間T_CYC 的一充電積分結果，與放電電流I_DIS 於放電時間T_DIS 的一放電積分結果，兩個積分結果的差異。

類似美國專利申請公開號US20100321956A1中所分析的，當充電電流I_CHARGE 為一個定值，且回饋電壓V_ACC 在被取樣時的值，等於上一次被取樣時的值，那充電電流I_CHARGE 就會是跟輸出到負載24的輸出電流I_OUT 成比例。為了使充電電流I_CHARGE 跟輸出電流I_OUT 成比例，所以回饋電壓V_ACC 每次被取樣時的值，必須要一樣或是穩定。更新電路196、電位轉換器192、以及轉導器190一起形成了具有負迴路增益(negative loop gain)的一迴路，而這個迴路最後可以使得回饋電壓V_ACC 每次被取樣時的值，穩定在一個值。舉例來說，如果充電電流I_CHARGE 大於跟輸出電流I_OUT 成比例的一期望值，那回饋電壓V_ACC 在下次的取樣時，就會變大，造成更新後的電壓V_M 也隨著變大，因此，充電電流I_CHARGE 就會變小。反之亦然。所以，在負載24不變的穩態時，電壓V_M 可停止於一相對的固定值，而充電電流I_CHARGE 最後可以變的大約跟輸出電流I_OUT 成比例。

第6圖顯示在一實施例中，負載代表信號V_L-EST 與輸出電流I_OUT 的關係。如同第6圖所示，負載代表信號V_L-EST 與輸出電流I_OUT 大致為一對一的關係，所以負載代表信號V_L-EST 可以大致代表輸出電流I_OUT 。

負載代表信號V_L-EST 大致決定一遮蔽時間T_BLOCK ，所以輸出電流I_OUT 大致決定了遮蔽時間T_BLOCK ，也就是最大開關頻率f_CYC-MAX (=1/T_BLOCK )。第7圖顯示在一實施例中，輸出電流I_OUT 與一最大開關頻率f_CYC-MAX (=1/T_BLOCK )之間的關係。當輸出電流I_OUT 偏大，舉例來說，大於預設電流I_H ，表示負載24為一重載，最大開關頻率f_CYC-MAX 以抖動控制信號S_JITTER 的變化頻率，調變改變於60kHz~66kHz之間。當輸出電流I_OUT 偏小時，舉例來說，小於預設電流I_L ，表示負載24為一輕載，最大開關頻率f_CYC-MAX 以抖動控制信號S_JITTER 的變化頻率，調變變化於25kHz~27.5kHz之間。

從第3圖與第4圖可以發現，開啟時間T_ON 是由補償信號V_COMP 所決定，而遮蔽時間T_BLOCK 是由代表輸出電流I_OUT 的負載代表信號V_L-EST 所決定。

如同先前所述的，這樣的設計下，只要在負載24不變的一穩態條件下，輸出電流I_OUT 是一固定的常數，而對應的遮蔽時間T_BLOCK 就大約是一個定值，不會隨著補償信號V_COMP 的變化而被改變。結果就是該電源供應器的功率開關34可以在一個固定的信號波谷進行波谷切換，不再會有習知技術中波谷切換不穩定的問題發生。所以可能可以消除異音。

而且，如同第3圖與第7圖所舉例的，遮蔽時間T_BLOCK 大致只有被輸出電流I_OUT 以及抖動控制信號S_JITTER 所影響，而測量電磁波干擾時，該輸出電流I_OUT 為定值。因此，可以確定抖動控制信號S_JITTER 大致可以忠實地也有效地，將遮蔽時間T_BLOCK 變化於一定小範圍內，也就是開關頻率f_CYC 將變化於相對應一小範圍內。如此，可能可以解決電磁波干擾的問題。

以上舉例的均為QR開關式電源供應器，但是本發明並不限於此。第8圖顯示依據本發明所實施的一電源控制器200。電源控制器200不是操作在QR模式，但在一實施例中，可以取代第1圖中的QR控制器26。電源控制器200沒有第3圖中的波谷偵測器82與及閘88，而遮蔽信號S_BLOCK 的反向，直接連接到脈波寬度調變器94的設定端。當遮蔽時間T_BLOCK 結束時，脈波寬度調變器94就立刻被設定，而立刻開始下一個開關週期內的週期時間T_CYC 以及開啟時間T_ON 。換言之，在電源控制器200的控制之下，週期時間T_CYC 大約等於遮蔽時間T_BLOCK 。

在本發明的另一個實施例中，電源供應器大部分時間是操作於波谷切換，只是，在從一個信號波谷的波谷切換轉換到另一個信號波谷的波谷切換的過程中，有些開關週期並非操作於波谷切換。舉例來說，該電源供應器一開始是操作於第3個信號波谷的波谷切換，接著可能因為負載變大或是其他可能的原因，之後的開關週期的切換時間漸進式的往前一個信號波谷(也就是第2個信號波谷)接近，經過幾個開關週期後，才會操作於第2個信號波谷的波谷切換。這樣的轉換過程，在此稱之為波谷切換的軟轉換(soft transition for valley switching)，其表示兩個操作於位於不同信號波谷之波谷切換的開關週期之間，可以容許有至少一個或是數個非波谷切換的開關週期。

第9圖顯示可以實施轉轉換的一QR控制器300，可以取代第1圖中的QR控制器26，作為本發明的一實施例。第9圖中的QR控制器300與第3圖中的QR控制器80彼此相似或是一樣的地方，可以透過先前教導而得知，在此不再累述。QR控制器300以關閉時間控制器302取代了QR控制器80中的及閘88。關閉時間控制器302可以使一電源供應器在遮蔽時間T_BLOCK 結束後的第一個信號波谷出現時，來結束一關閉時間T_OFF ，進行波谷切換。所以，關閉時間控制器302也可以視為一邏輯電路，其使PWM信號V_GATE 之週期時間T_CYC ，不小於遮蔽時間T_BLOCK 。但是，在一些條件下，關閉時間控制器302也可以不進行波谷切換，稍後將細部說明。

第10圖顯示QR控制器300取代了第1圖之QR控制器26後，電路中的一些信號波形。第10圖與第4圖相同的部分，可以參考第4圖與其說明而得知，不再累述。

震盪時間T_S-VL 在一開關週期中放電時間T_DIS 結束後的一個固定的時間點，到關閉時間T_OFF 結束(t_END )之間的時間長度。在第10中的例子裡，震盪時間T_S-VL 是從時間點t₂ 到t_END 。在另一個實施例中，其可以是從時間點t₃ 到t_END ，或是從時間點t₄ 到t_END 。在較佳的例子裡，震盪時間T_S-VL 的開始時間點不得晚於時間點t₄ ，也就是波谷指示信號S_VD 在放電時間T_DIS 結束後第一個脈衝出現的時間。震盪時間T_S-VL 可以大致上視為跨壓V_AUX 震盪了多久，當下的週期時間T_CYC 或是關閉時間T_OFF 才結束。

在一些狀況中，前震盪時間PT_S-VL 則是前一個開關週期中的震盪時間T_S-VL 。舉例來說，當下的開關週期中的震盪時間T_S-VL ，就是下一個開關週期中的前震盪時間PT_S-VL 。在其他的一些狀況中，前震盪時間PT_S-VL 是數個開關週期前的一震盪時間T_S-VL 。

時窗TW為介於時間點t_W-S 與t_W-E 之間的時間，是依據前震盪時間PT_S-VL 所產生。舉例來說，時間點t_W-S 是位於前震盪時間PT_S-VL 結束的前一預定時間，而時間點t_W-E 位於前震盪時間PT_S-VL 結束後的另一預定時間。這兩個預定時間可以一樣或是不同。時窗TW的長度最好小於跨壓V_AUX 的一個震盪週期T_AUX-CYC 。一個震盪週期T_AUX-CYC 大約是兩個信號波谷底部之間的時間，也大約等於跨壓V_AUX 連續兩個下降緣掉過0V之間的時間。

時間點t_AB-1ST 為時間點t_RELEASE (遮蔽時間T_BLOCK 結束)之後，波谷指示信號S_VD 所產生的第一脈衝出現的時間點。換言之，也大約就是遮蔽時間T_BLOCK 結束後，第一個信號波谷出現的時間點。時間點t_AB-1ST 與時間點t_END 不必然如同第10圖所示的同時出現。也就是下一個開關週期不必然開始於時間點t_AB-1ST 。

第11圖為一實施例中，關閉時間控制器302所採用的控制方法。關閉時間控制器302有一紀錄器，紀錄並提供數位的鎖定信號S_LOCK 。當鎖定信號S_LOCK 為邏輯上的”1”時(判別於步驟305)，表示要波谷鎖定，意味著波谷切換要鎖定在一樣的信號波谷；反之，鎖定信號S_LOCK 為邏輯上的”0”，表示不波谷鎖定，意味著發生波谷切換的信號波谷可以改變。

關閉時間控制器302中紀錄有一震盪時間紀錄RT，其可以代表前震盪時間PT_S-VL 。步驟306依據前震盪時間PT_S-VL ，提供時窗TW，也就是決定時間點t_W-S 與t_W-E 。換言之，步驟306依據震盪時間紀錄RT，決定時間點t_W-S 與t_W-E 。

在不波谷鎖定時，步驟308使時間點t_END 只能發生在時窗TW內，也就是不可以早於時間點t_W-S ，不可以晚於時間點t_W-E 。至於確切的時間點t_END 則視時間點t_AB-1ST 的相對位置而定。如果時間點t_AB-1ST 在視窗TW之前，也就是時間點t_AB-1ST 早於時間點t_W-S 出現，那時間點t_END 就是時間點t_W-S 。如果時間點t_AB-1ST 出現於視窗TW之內，則時間點t_END 就是時間點t_AB-1ST 。如果時間點t_W-E 早於時間點t_AB-1ST ，那週期時間T_CYC 與關閉時間T_OFF 立刻結束，時間點t_END 等於時間點t_W-E 。在時間點t_END ，PWM信號V_GATE 會有一個上昇緣，來結束週期時間T_CYC 與關閉時間T_OFF 。震盪時間紀錄RT，在關閉時間T_OFF 結束時，會被更新，將這開關週期的震盪時間T_S-VL 之訊息，帶到下一個開關週期去，成為下一周期的前震盪時間PT_S-VL 。在此實施例中，關閉時間T_OFF 結束的時間點，取決於視窗TW與時間點t_AB-1ST ，而視窗TW由震盪時間紀錄RT決定，時間點t_AB-1ST 由遮蔽時間T_BLOCK 與波谷指示信號S_VD 所決定。

在波谷鎖定時，步驟316使時間點t_END 就是前震盪時間PT_S-VL 結束時。如此當下的開關週期結束關閉時間T_OFF 時所在的信號波谷，會跟前一個開關週期結束關閉時間T_OFF 時所在的信號波谷，一模一樣，達到波谷鎖定的目的。

關閉時間控制器302也有一計數器，提供一計數值，大致上用來計算波谷鎖定的次數，如同步驟320所示。計數器也可以視為一種計時器，用來計算波谷鎖定的總時間。步驟322顯示，當波谷鎖定的次數達到一預設值N時，鎖定信號S_LOCK 會從邏輯上的”1”，變成邏輯上的”0”，解除波谷鎖定。換言之，鎖定信號S_LOCK 為”1”至少會持續有N個週期時間。波谷鎖定解除後，當時間點t_AB-1ST 根本不在時窗TW內時，表示已經不是波谷切換，所以步驟315使計數值得歸零。當時間點t_AB-1ST 又進入時窗TW內時，表示應該進入波谷鎖定，所以步驟314使鎖定信號S_LOCK 為邏輯上的”1”，使計數值增加1，計數器開始計數。

請同時參閱第1圖、第9圖、第11圖與第12圖。第12圖顯示當負載由重轉輕時，一些連續開關週期中的跨壓V_AUX ，以及一些信號的時序。

如同第12圖中第X開關週期中的跨壓V_AUX 所示，假定在第X 開關週期之前，是處於一穩定狀態，關閉時間控制器302穩定的使波谷切換發生於第2信號波谷出現時。在第X開關週期中，時間點t_AB-1ST 也就是時間點t_END (週期時間T_CYC 的結束)，震盪時間T_S-VL 將與前震盪時間PT_S-VL 相同，鎖定信號S_LOCK 為”0”，計數值為N。在第11圖中，第X開關週期中的關閉時間T_OFF 是依循步驟304、305、306、308、310、312與324，這樣的步驟流程來決定。

第12圖中的第X+1開關週期開始時，可能因為負載由重轉輕，所以時間點t_RELEASE 突然被延後，導致到時窗TW結束時，時間點t_AB-1ST 依然沒有出現。第X+1開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、306、308、310、315與324，這樣的步驟流程來決定。所以，如同第12圖所示，第X+1開關週期的時間點t_END 會與時間點t_W-E 大約同時，鎖定信號S_LOCK 為”0”，計數值為0。震盪時間T_S-VL ，將會比前震盪時間PT_S-VL ，多出了一預定時間，如同第12圖所示。這個預定時間只是跨壓V_AUX 的震盪週期T_AUX-CYC 之一部分，在第12圖中，這個預定時間小於跨壓V_AUX 的震盪週期T_AUX-CYC 之二分之一。所以，如同第12圖明顯顯示的，第X+1開關週期並非波谷切換。

第12圖中的第X+2開關週期中，到時窗TW結束時，時間點t_AB-1ST 依然沒有出現。因此，第X+2開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、306、308、310、315與324。第X+2開關週期的時間點t_END 會與時間點t_W-E 大約同時，鎖定信號S_LOCK 為”0”，計數值為0。第X+2開關週期也非波谷切換。

第12圖中的第X+3開關週期中，時間點t_AB-1ST 在時窗TW內出現。因此，第X+3開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、306、308、310、312與314。如同第12圖所示，第X+3開關週期的時間點t_END 會與時間點t_AB-1ST 大約同時，鎖定信號S_LOCK 變成”1”，計數值為1。第X+3開關週期為波谷切換。

第12圖中的第X+4開關週期中，因為鎖定信號S_LOCK 為”1”，所以時間點t_END 出現在前震盪時間PT_S-VL 結束時。第X+4開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、316、318與320。前震盪時間PT_S-VL 不會被更新，而震盪時間T_S-VL 會跟前震盪時間PT_S-VL 一樣。鎖定信號S_LOCK 仍為”1”，計數值成為2。第X+4開關週期為波谷切換。

從第X開關週期到第X+4開關週期的過程中，可以發現，震盪時間T_S-VL 是隨著開關週期而增加。震盪時間T_S-VL 的結束時間點，是從第2信號波谷出現的時間點，漸漸的增加，最後停在第3信號波谷出現的時間點，如同第12圖所示。關閉時間控制器302強迫震盪時間T_S-VL 與前震盪時間PT_S-VL 之間的差，小於跨壓V_AUX 之震盪週期T_AUX-CYC 。

第12圖中的第X+4開關週期之後，前震盪時間PT_S-VL 與震盪時間T_S-VL 一直維持不變，也大約相等，每個關閉時間T_OFF 會依循第11圖中的步驟304、305、316、318與320而決定。如同第12圖中所示，計數值會隨著每個開關週期而增加1，直到計數值成為N後，鎖定信號S_LOCK 才會變更為”0”，從而解除波谷鎖定。

請同時參閱第1圖、第9圖、第11圖與第13圖。第13圖顯示當負載由輕轉重時，一些連續開關週期中的跨壓V_AUX ，以及一些信號的時序。

如同第13圖中第Y開關週期中的跨壓V_AUX 所示，假定在第Y開關週期之前，是處於一穩定狀態，關閉時間控制器302穩定的使波谷切換發生於第3信號波谷VL₃ 出現時。在第Y開關週期中，時間點t_AB-1ST 也就是時間點t_END (週期時間T_CYC 的結束)，震盪時間T_S-VL 將與前震盪時間PT_S-VL 相同，鎖定信號S_LOCK 為”0”，計數值為N。在第11圖中，第Y開關週期中的關閉時間T_OFF 是依循步驟304、305、306、308、310、312與324，這樣的步驟流程來決定。

第13圖中的第Y+1開關週期中，可能因為輕載轉重載，所以時間點t_RELEASE 突然被提早到信號波谷VL₁ 附近，導致到時間點t_AB-1ST 出現時，時窗TW尚未沒有出現。第Y+1開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、306、308、310、315與324，這樣的步驟流程來決定。所以，第Y+1開關週期的時間點t_END 會與時間點t_W-S 大約同時，鎖定信號S_LOCK 為”0”，計數值為0。震盪時間T_S-VL ，將會比前震盪時間PT_S-VL ，少了一預定時間，如同第12圖所示。這個預定時間只是跨壓V_AUX 的震盪週期T_AUX-CYC 之一部分，在第13圖中，這個預定時間小於跨壓V_AUX 的震盪週期T_AUX-CYC 之二分之一。第13圖明顯的顯示，第Y+1開關週期並非波谷切換。

第13圖中的第Y+2開關週期中，到時間點t_AB-1ST 發生時，時窗TW結束依然沒有出現。因此，第Y+2開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、306、308、310、315與324。第Y+2開關週期的時間點t_END 會與時間點t_W-S 大約同時，鎖定信號S_LOCK 為”0”，計數值為0。第Y+2開關週期也非波谷切換。

第13圖中的第Y+3開關週期中，時間點t_AB-1ST 在時窗TW內出現。因此，第Y+3開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、306、308、310、312與314。第Y+3開關週期的時間點t_END 會與時間點t_AB-1ST 大約同時，鎖定信號S_LOCK 變成”1”，計數值為1。第Y+3開關週期為波谷切換。

第13圖中的第Y+4開關週期中，因為鎖定信號S_LOCK 為”1”，所以時間點t_END 出現在前震盪時間PT_S-VL 結束時。第Y+4開關週期中的關閉時間T_OFF 會依循步驟304、305、316、318與320而決定。前震盪時間PT_S-VL 不會被更新，而震盪時間T_S-VL 會跟前震盪時間PT_S-VL 一樣。鎖定信號S_LOCK 仍為”1”，計數值成為2。

從第Y開關週期到第Y+4開關週期的過程中，可以發現，震盪時間T_S-VL 是隨著開關週期而減少。震盪時間T_S-VL 的結束時間點，是從第3信號波谷出現的時間點，漸漸的減少，最後停在第2信號波谷出現的時間點。

第13圖中的第Y+4開關週期之後，前震盪時間PT_S-VL 與震盪時間T_S-VL 一直維持不變，每個關閉時間T_OFF 會依循第11圖中的步驟304、305、316、318與320而決定。如同第13圖中所示，計數值會隨著每個開關週期而增加1，直到計數值成為預定的N後，鎖定信號S_LOCK 才會變更為”0”，解除波谷鎖定。

從第11圖、第12圖與第13圖可知，在本發明的一實施例中，一旦進入某一信號波谷的波谷切換後，就會發生波谷鎖定。也就是這信號波谷的波谷切換將會持續至少N個開關週期，才可以允許另一信號波谷的波谷切換發生。而且，實施例中也提供了波谷切換的軟轉換，也就是兩個位於不同信號波谷之波谷切換的開關週期之間，會有至少一個不是操作於波谷切換的開關週期。

第14圖顯示習知技術中，震盪時間T_S-VL 的一種可能變化。先前技術沒有所謂波谷切換的軟轉換，因此一個開關週期的震盪時間T_S-VL ，與另一個開關週期的震盪時間T_S-VL ，一定是跨壓V_AUX 的震盪週期 T_AUX-CYC 的整數倍，如同第14圖所示。震盪週期T_AUX-CYC 大約就是兩個連續信號波谷底部出現的時間差。這樣大的震盪時間T_S-VL 變化，容易造成整個系統的不穩定，也會造成輸出電壓V_OUT 較大的抖動(ripple)。

而且，先前技術的電源供應器也沒有所謂波谷鎖定。因此，可能發生如同第14圖中所顯示的情形，隨著開關週期的前進，波谷切換在兩個信號波谷快速地跳來跳去。

第15圖顯示依據本發明之一實施例中，震盪時間T_S-VL 的一種可能變化。第15圖顯示了軟轉換，所以從第4信號波谷VL₄ 的波谷切換，變遷到第3信號波谷VL₃ 的波谷切換之過程中，經歷三個非波谷切換的開關週期。第15圖也顯示了波谷鎖定的效果，第3信號波谷VL₃ 的波谷切換一定要經歷了至少8個開關週期，才可以往到另一個信號波谷的波谷切換前進。從第14圖與第15圖比較可知，第15圖中的震盪時間T_S-VL 變化比較平順，比較不會產生系統不穩定的結果。

第9圖中的QR控制器300同時有1)遮蔽時間T_BLOCK 由負載代表信號V_L-EST 所決定；2)波谷切換的軟轉換；以及3)波谷鎖定，這三種技術特點，但本發明不限於此。這三個技術特點可以個別獨立實施，或是倆倆互相組合實施。舉例來說，一個本發明的實施例可以實施1)遮蔽時間T_BLOCK 由負載代表信號V_L-EST 所決定；與2)波谷切換的軟轉換，這兩個技術特點，但沒有實施波谷鎖定。另一個實施例則實施了波谷切換的軟轉換以及波谷鎖定，但遮蔽時間T_BLOCK 由補償信號V_COMP 所決定，而非負載代表信號V_L-EST 。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。