TWI559111B - 切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法 - Google Patents

切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI559111B
TWI559111B TW103122121A TW103122121A TWI559111B TW I559111 B TWI559111 B TW I559111B TW 103122121 A TW103122121 A TW 103122121A TW 103122121 A TW103122121 A TW 103122121A TW I559111 B TWI559111 B TW I559111B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
signal
circuit
voltage
switching regulator
coupled
Prior art date
Application number
TW103122121A
Other languages
English (en)
Other versions
TW201600949A (zh
Inventor
張正暉
鄭文隆
Original Assignee
群聯電子股份有限公司
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 群聯電子股份有限公司 filed Critical 群聯電子股份有限公司
Priority to TW103122121A priority Critical patent/TWI559111B/zh
Priority to US14/451,446 priority patent/US9450488B2/en
Publication of TW201600949A publication Critical patent/TW201600949A/zh
Application granted granted Critical
Publication of TWI559111B publication Critical patent/TWI559111B/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
    • 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
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0032—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode
    • H02M1/0035—Control circuits allowing low power mode operation, e.g. in standby mode using burst mode control
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
    • Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Description

切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法
本發明是有關於一種切換式穩壓器的控制電路及一種穩定輸出電氣訊號方法，且特別是有關於一種讓切換式穩壓器在睡眠模式時具有超低耗流的控制電路及穩定輸出電氣訊號的方法。
現代的電路系統經常需要電壓調節器提供一個精確的輸出電壓，做為其他電路運作的基準。有許多切換式調節器是自行產生一個參考電壓，然後利用誤差放大器(error amplifier)和回饋機制，以調節上述的輸出電壓。
圖1是根據習知技術所繪示之切換式穩壓器的概要方塊圖。請參照圖1，切換式穩壓器100包括調節電路120、時脈產生器140、回饋控制電路150以及睡眠控制單元160。此習知技術的切換式穩壓器可根據參考電壓VREF和回饋電壓VFB調節輸出電壓。調節電路120用以接收驅動信號以將輸出電壓穩定在一預定之電位區間。時脈產生器140提供一時脈訊號OSC以及一控制訊 號ENH。回饋控制電路150根據回饋電壓VFB和參考電壓VREF提供回饋控制機制。
圖2是根據習知技術所繪示之切換式穩壓器的的訊號波形圖。當圖1的切換式穩壓器在無負載的狀態或是輕負載的狀態，切換式穩壓器進入睡眠模式(sleep mode)。睡眠控制單元160的架構可用以限制回饋電壓VFB的上限(VH)與下限(VL)。如圖2所述，當VFB大於VH時，睡眠控制單元160內部一閂鎖器(未繪出)的置位端SET等於1，重置端RESET等於0，因此閂鎖器輸出端Q1B也等於0(Q1B=0)。在此時，時脈訊號OSC減少切換次數(OSC轉換到不切換OSC期間)。當回饋電壓VFB小於VL，則閂鎖器的SET端等於0，RESET端等於1，輸出端也等於1(Q1B=1=控制訊號ENH)。此時時脈訊號OSC是正常切換的。然而，當回饋電壓VFB為上限與下限之間(VL<VFB<VH)，輸出端Q1B等於控制訊號ENH(Q1B=ENH)且為維持上一個狀態。因此，雖此架構可降低耗電流，然而當切換式穩壓器從正常操作模式(normal mode)切換到睡眠模式時，若回饋電壓VFB的初始值在VL<VFB<VH之間，閂鎖器的輸出端Q1B將維持上一個狀態，使得控制訊號ENH等於Q1B且兩者皆維持為1，故切換式穩壓器可能一直留在正常操作模式，無法將耗電流做動態調整。
由此可見，在習知的切換式穩壓器裡，當系統進到睡眠模式時，切換式穩壓器的輸入端仍會有一定的耗電流存，例如切換式穩壓器中各元件的耗電流可能仍然存在。因此，若此系統的 電源是電池的應用或可攜式電子產品的應用，則無法達成市場上低耗流及延長電池使用時間的要求。
本發明提供一種切換式穩壓器控制電路及一種穩定輸出電氣訊號的方法，可在睡眠模式時達到超低耗流。
本發明提出一種切換式穩壓器控制電路，包括切換式穩壓器及時脈控制單元。切換式穩壓器根據參考電壓和回饋電壓調節輸出電壓。時脈控制單元耦接切換式穩壓器，其包括震盪器和脈波遮蔽調變器。震盪器提供震盪訊號，而脈波遮蔽調變器用以產生遮蔽該振盪訊號一部份的控制訊號。時脈控制單元提供控制訊號以維持切換式穩壓器在一睡眠模式中的輸出電氣訊號於一預定區間。
在本發明之一實施例中，時脈控制單元包括除頻器、脈波遮蔽調變器以及邏輯運算器。除頻器耦接在震盪器與脈波遮蔽調變器之間，用以除頻震盪訊號以產生除頻震盪訊號。當接收到睡眠訊號時，脈波遮蔽調變器根據除頻震盪訊號產生控制訊號。此外，邏輯運算器耦接震盪器和脈波遮蔽調變器，用以根據震盪訊號與控制訊號產生時脈訊號。
在本發明之一實施例中，控制訊號在睡眠模式中的每一時脈週期的脈波寬度實質上為相同。
在本發明之一實施例中，切換式穩壓器包括穩壓調整電 路、回饋控制電路以及邏輯驅動單元。穩壓調整電路耦接邏輯驅動單元和回饋控制電路。穩壓調整電路包括功率電路、分壓電路以及輸出電容。功率電路的第一端接收操作電壓，第二端接收閘極電壓，以及第三端耦接接地。分壓電路耦接該功率電路，用以提供回饋電壓。輸出電容的第一端耦接分壓電路和該功率電路，而其第二端耦接該接地。回饋控制電路耦接穩壓調整電路和邏輯驅動單元。回饋控制電路包括運算放大器以及比較器。運算放大器耦接分壓電路和參考電壓。運算放大器根據參考電壓和回饋電壓之間的誤差控制第一比較器輸入電壓的大小。比較器耦接時脈控制單元和該運算放大器，用以根據控制訊號比較第一比較器輸入電壓與第二比較器輸入電壓，以產生比較結果。邏輯驅動單元包括閂鎖器以及邏輯驅動電路。閂鎖器耦接時脈控制單元和比較器，用以接收來自時脈控制單元的時脈訊號和來自該比較器的比較結果，以及產生閂鎖輸出。邏輯驅動電路耦接該時脈控制單元和該閂鎖器，用以根據控制訊號和閂鎖輸出提供閘極電壓至功率電路的第二端。
在本發明之一實施例中，穩壓調整電路更包括電感，其第一端耦接功率電路，以及第二端耦接輸出電容以及分壓電路。
在本發明之一實施例中，穩壓調整電路的功率電路包括第一電晶體以及第二電晶體。第一電晶體的汲極耦接第二電晶體的源極，其閘極耦接閘極電壓，以及源極耦接接地。第二電晶體的汲極耦接操作電壓，其閘極耦接閘極電壓，以及源極耦接第一 電晶體的汲極。
在本發明之一實施例中，回饋控制電路更包括電感電流偵測電路以及斜率補償電路，根據控制訊號產生第二比較器輸入電壓。
在本發明之一實施例中，邏輯驅動單元更包括第一組放大器以及第二組放大器。第一組放大器串接在邏輯驅動電路與第一電晶體的閘極之間。第二組放大器串接在邏輯驅動電路與第二電晶體的閘極之間。
在本發明之一實施例中，穩壓調整電路為降壓式(BUCK)穩壓調整電路。
在本發明之一實施例中，穩壓調整電路為昇壓式(BOOST)穩壓調整電路。
在本發明之一實施例中，穩壓調整電路更包括兩極真空管，耦接在功率電路與輸出電容之間。此外，穩壓調整電路為反向式(INVERTING)穩壓調整電路。
在本發明之一實施例中，輸出電氣訊號為一輸出電壓。
在本發明之一實施例中，輸出電氣訊號為一輸出電流。
在本發明之一實施例中，時脈控制單元根據輸出電壓調整控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
在本發明之一實施例中，時脈控制單元根據電流負載調整控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
在本發明之一實施例中，控制訊號為一固定值。
本發明提出一種穩定輸出電氣訊號的方法，適用於上述切換式穩壓器控制電路，其中切換式穩壓器控制電路具有一切換式穩壓器、一震盪器及一脈波遮蔽調變器，穩定輸出電氣訊號的方法包括切換式穩壓器接收一參考電壓和一回饋電壓；震盪器提供一震盪訊號；脈波遮蔽調變器遮蔽該振盪訊號至少一部份以產生一控制訊號；以及脈波遮蔽調變器提供該控制訊號至該切換式穩壓器，藉此控制該切換式穩壓器在一睡眠模式中的該輸出電氣訊號於一預定區間。
在本發明之一實施例中，脈波遮蔽調變器遮蔽振盪訊號至少一部份以產生控制訊號的步驟包括除頻器除頻震盪訊號以產生除頻震盪訊號，其中當脈波遮蔽調變器接收到睡眠訊號時，脈波遮蔽調變器根據除頻震盪訊號產生控制訊號。此外，邏輯運算器根據震盪訊號與該控制訊號產生時脈訊號。
在本發明之一實施例中，輸出電氣訊號為輸出電壓VOUT。
在本發明之一實施例中，輸出電氣訊號為一輸出電流。
在本發明之一實施例中，脈波遮蔽調變器根據輸出電壓調整控制訊號以遮蔽振盪訊號的一部份。
在本發明之一實施例中，脈波遮蔽調變器根據電流負載調整控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
在本發明之一實施例中，控制訊號為一固定值。
基於上述，根據本發明的實施例，本發明之切換式穩壓 器控制電路及穩定輸出電氣訊號的方法採用具有脈波遮蔽調變機制的時脈控制單元。因此，只要計算出適當的輸出電容值以及控制訊號的時脈週期，本發明的切換式穩壓器控制電路就可使電壓穩壓器的輸出電氣訊號維持在正常的工作範圍，可確保切換式穩壓器在睡眠模式下仍具有超低待機電流。此外，由於本發明控制電路的控制訊號在睡眠模式中的每一時脈週期的脈波寬度實質上為相同，且時脈週期與回饋電壓並無關聯，本發明的切換式穩壓器控制電路可具有簡潔的設計。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
30、100‧‧‧切換式穩壓器
120‧‧‧調節電路
140‧‧‧時脈產生器
150、350‧‧‧回饋控制電路
160‧‧‧睡眠控制單元
300‧‧‧切換式穩壓器控制電路
310‧‧‧邏輯驅動單元
320‧‧‧穩壓調整電路
330‧‧‧功率電路
336‧‧‧分壓電路
340‧‧‧時脈控制單元
342‧‧‧震盪器
344‧‧‧脈波遮蔽調變器
OSC、OSC_OUT‧‧‧時脈訊號
OSC1‧‧‧震盪訊號
SLEEP‧‧‧睡眠訊號
ENH、PBM‧‧‧控制訊號
COMP1、COMP2、COMP3‧‧‧電壓比較器
DUTY‧‧‧比較結果
VDDA‧‧‧操作電壓
VC‧‧‧第一比較器輸入電壓
VRAMP‧‧‧第二比較器輸入電壓
VFB‧‧‧回饋電壓
VH、VL‧‧‧VFB的上限與下限
VREF‧‧‧參考電壓
VG‧‧‧閘極電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
EA‧‧‧運算放大器
Iload‧‧‧電流負載
ISEN‧‧‧電感電流偵測電路
ISLOP‧‧‧斜率補償電路
LD‧‧‧邏輯驅動電路
R1、R2、RS‧‧‧電阻
Cout‧‧‧輸出電容
L1‧‧‧電感
FF1‧‧‧閂鎖器
PWM‧‧‧閂鎖輸出
Q1B‧‧‧閂鎖器輸出端
M1~M4‧‧‧電晶體
D1‧‧‧兩極真空管
A1~AN、B1~BN‧‧‧放大器
T1‧‧‧時脈週期
T‧‧‧脈衝寬度
S802、S804、S806、S808‧‧‧穩定輸出電氣訊號方法之步驟
圖1是根據習知技術所繪示之切換式穩壓器的概要方塊圖。
圖2是根據習知技術所繪示之切換式穩壓器的的訊號波形圖。
圖3為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的概要方塊圖。
圖4為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的示意圖。
圖5為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的時脈控制單元的示意圖。
圖6為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的訊號波形 圖。
圖7A及7B為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的穩壓調整電路。
圖8是根據本發明一實施例所繪示的穩定輸出電氣訊號方法的流程圖。
現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件/符號代表相同或類似部分。
以下提出多個範例實施例來說明本發明，然而本發明不僅限於所例示的多個範例實施例。又範例實施例之間也允許有適當的結合。在本案說明書全文(包括申請專利範圍)中所使用的「耦接」一詞可指任何直接或間接的連接手段。舉例而言，若文中描述第一裝置耦接於第二裝置，則應該被解釋成該第一裝置可以直接電連接於該第二裝置，或者該第一裝置可以透過其他裝置或某種連接手段而間接地電連接至該第二裝置。此外，「訊號」一詞可指至少一電流、電壓、電荷、溫度、資料、或任何其他一或多個數位或類比訊息。
圖3為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的概要方塊圖。請參照圖3，切換式穩壓器控制電路300包括切換式穩壓器30及時脈控制單元340。在本範例實施例裡，切換式穩壓器30 可包括邏輯驅動單元310、穩壓調整電路320及回饋控制電路350。切換式穩壓器30可根據參考電壓和回饋電壓調節輸出電壓。在本範例實施例裡，穩壓調整電路320耦接邏輯驅動單元310和回饋控制電路350。在本範例實施例裡，時脈控制單元340耦接切換式穩壓器的邏輯驅動單元310和回饋控制電路350，其中時脈控制單元340包括震盪器342和脈波遮蔽調變器344。而震盪器342提供震盪訊號，而脈波遮蔽調變器344用以產生遮蔽振盪訊號一部份的控制訊號。此外，時脈控制單元340提供控制訊號以維持切換式穩壓器在一睡眠模式中的輸出電氣訊號於一預定區間。由於切換式穩壓器控制電路300的時脈控制單元340具有脈波遮蔽調變機制，控制電路300可克服習知切換式穩壓器無法在特定狀態時，睡眠模式中無法節省耗電的問題。
圖4繪示為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的示意圖。請參照圖4，穩壓調整電路320可包括功率電路330、分壓電路336以及輸出電容Cout。在本範例實施例裡，穩壓調整電路320可用以接收邏輯驅動單元310之驅動信號以將輸出電壓VOUT穩定在一預定之電位區間。功率電路330的第一端接收操作電壓VDDA，第二端接收閘極電壓VG，以及第三端耦接一接地。分壓電路336包含電阻R1和R2，其一端提供一回饋電壓VFB而另一端接地。輸出電容Cout的第一端耦接分壓電路和功率電路，而其第二端耦接接地。穩壓調整電路120更包括電感L1，其第一端耦接功率電路330，而第二端耦接輸出電容Cout、分壓電 路336以及電流負載Iload。
本範例實施例中，回饋控制電路350耦接穩壓調整電路320、邏輯驅動單元310。此外，回饋控制電路350根據回饋電壓VFB和參考電壓VREF利用運算放大器EA輸出比較結果DUTY及提供回饋控制機制。在本範例實施例中，回饋控制電路350包括運算放大器EA、電壓比較器COMP3、電感電流偵測電路ISEN、斜率補償電路ISLOP以及電阻RS。運算放大器EA耦接分壓電路336和參考電壓VREF。要注意的是，本發明的參考電壓VREF可為參考電壓產生器(未繪出)所產生的一個固定電壓。運算放大器EA可為一誤差放大器，其根據參考電壓VREF和回饋電壓VFB之間的誤差控制第一比較器輸入電壓VC的大小。電感電流偵測電路ISEN以及斜率補償電路ISLOP則是根據控制訊號ENH產生第二比較器輸入電壓VRAMP。其中，第二比較器輸入電壓VRAMP可由電感電流感測電路ISEN加上斜率補償電流ISLOPE流過電阻RS而轉成電壓信號VRAMP。第一比較器輸入電壓VC與第二比較器輸入電壓VRAMP分別送到下一級的電壓比較器COMP3之負端與正端，且根據控制訊號ENH比較第一比較器輸入電壓VC與第二比較器輸入電壓VRAMP，以產生一比較結果DUTY。
邏輯驅動單元310耦接時脈控制單元340及回饋控制電路350，並根據時脈訊號OSC_OUT及比較結果DUTY以控制功率電路330中開關元件之啟閉。在本範例實施例中，邏輯驅動單元310包括閂鎖器FF1(例如一SR閂鎖器FF1)和邏輯驅動電路LD。 閂鎖器FF1的第一端R接收來自比較器的比較結果DUTY，而第二端S則接收來自時脈控制單元340的時脈訊號OSC，以產生一閂鎖輸出PWM並從輸出端Q傳送至邏輯驅動電路LD。驅動電路LD則是根據控制訊號PBM和閂鎖輸出PWM提供閘極電壓VG至功率電路130的第二端，其中控制訊號PBM及控制訊號ENH實質上為相同。其中，在本範例實施例中，”實質上為相同”意指兩比較標的物的相似程度至少不小於70%。此外，在本範例實施例裡，穩壓調整電路320的功率電路330可包括第一電晶體M1和第二電晶體M2。第一電晶體M1的汲極耦接第二電晶體的源極，閘極耦接閘極電壓VG，而其源極耦接接地。第二電晶體M2的汲極耦接操作電壓VDDA，閘極耦接閘極電壓VG，而其源極耦接該第二電晶體的汲極。第一電晶體M1和第二電晶體M2可為金氧半場效電晶體(MOSFET：metal-oxide-semiconductor field-effect transistor)，但本發明不以此為限。另外，在本發明一些實施例裡，邏輯驅動單元310更包括第一組放大器B1~BN，串接在邏輯驅動電路LD與第一電晶體M1的閘極之間，以及第二組放大器A1~AN，串接在邏輯驅動電路LD與該第二電晶體M2的閘極之間。
圖5繪示為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的時脈控制單元的示意圖。請一起參照圖4與圖5，在本範例實施例中，時脈控制單元340耦接切換式穩壓器30(邏輯驅動單元310、穩壓調整電路320及回饋控制電路350)。在本範例實施例中，時脈控制單元340可根據切換式穩壓器在睡眠模式中的時脈週期T1 和輸出電容值Cout產生控制訊號PBM和控制訊號ENH(本範例實施例中控制訊號PBM=ENH)，且根據該控制訊號PBM和ENH控制切換式穩壓器在睡眠模式(sleep mode)中的輸出電壓VOUT。在本範例實施例中，時脈控制單元340可在接收到進入睡眠模式的訊號後(例如接受到睡眠訊號SLEEP)，即輸出控制訊號PBM。在此必須說明的是，控制訊號PBM訊號可為固定值或可依目前狀態即時的改變。固定的PBM訊號即時脈控制單元340存有訊號設定值，並依該設定值產出。故在本範例實施例中，控制電路300的控制訊號PBM(ENH)在睡眠模式中的每一時脈週期T1的脈波寬度T實質上為相同，即控制電路300的時脈週期T1與回饋電壓VFB並無關聯。於其他實施例中，可動態變動的PBM訊號即時脈控制單元340會偵測輸出電壓VOUT或電流負載Iload來調整控制訊號PBM以遮蔽部份的震盪訊號OSC1。
如圖5所述，時脈控制單元340包括震盪器342、除頻器420、脈波遮蔽調變器344以及邏輯運算器440。震盪器342提供震盪訊號OSC1。除頻器420耦接在震盪器與脈波遮蔽調變器430之間，且除頻器420用以除頻震盪訊號OSC1以產生除頻震盪訊號DIV2~DIVN。當接收到睡眠訊號SLEEP時，脈波遮蔽調變器344根據除頻震盪訊號DIV2~DIVN產生控制訊號PBM和ENH，以遮蔽振盪訊號OSC1一部份，使得時脈控制單元340可根據控制訊號PBM和ENH維持切換式穩壓器30在睡眠模式中的輸出電氣訊號於一預定區間。在本範例實施例中，輸出電氣訊號為輸出 電壓VOUT。然而，於其他未繪示的實施例中，輸出電氣訊號亦可是一輸出電流。在本範例實施例中，邏輯運算器440耦接震盪器342和脈波遮蔽調變器344，且根據震盪訊號OSC1與控制訊號PBM產生時脈訊號OSC_OUT。在本範例實施例中，邏輯運算器440可為邏輯AND運算器，以震盪訊號OSC1與控制訊號PBM進行邏輯AND運算而產生時脈訊號OSC_OUT，但本發明不限於此。
圖6繪示為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的訊號波形圖。當圖3的切換式穩壓器在無負載的狀態(Iload=0)或是輕負載的狀態而進入睡眠模式時，脈波遮蔽調變器430將接到睡眠訊號SLEEP，此訊號經過時脈控制單元340後產生控制訊號PBM(ENH)並與震盪訊號OSC1進行邏輯AND而產生時脈訊號OSC_OUT。時脈訊號OSC_OUT的時序波形可由圖6所示，而控制訊號PBM(ENH)信號的時脈週期T1為脈衝寬度T的M倍。時脈控制單元340可控制圖4和圖5所示的電壓比較器COMP3、電感電流偵測電路ISEN、斜率補償電路ISLOP、震盪器342、閂鎖器FF1、邏輯驅動單元310與功率電路330的動作。如圖6的時序圖所示所示，本範例實施例之切換式穩壓器控制電路300是每隔時脈週期T1的時間才讓電壓比較器COMP3、電感電流偵測電路ISEN、斜率補償電路ISLOP、震盪器342、閂鎖器FF1、邏輯驅動單元310與功率電路330動作T的時間。因此，整個切換式穩壓器在睡眠模式下的操作電流的耗流Iin(average)可參考公式Iin(average)=I(VDDA)/M取得，亦即將操作電流I(VDDA)再除以 M就可得到耗流Iin(average)。由此可見，本範例實施例的切換式穩壓器控制電路可在睡眠模式中達到超低耗流。
此外，由圖6的時序圖所示，圖3切換式穩壓器30的輸出電壓VOUT可參考公式△VOUT=[(Iload)*T1]/Cout取得。因此，只要計算出適當的輸出電容值Cout及時脈週期T1，本範例實施例的切換式穩壓器控制電路就可使電壓穩壓器的輸出電壓VOUT維持在正常的工作範圍。由此可見，圖3控制電路的架構可確保切換式穩壓器在睡眠模式下仍具有超低待機操作電流。
舉例說明，假設震盪訊號OSC1為1.5MHz，其脈波寬度等0.66usec，電流負載Iload為2mA，輸出電容值Cout為10uF。經過除頻器420與脈波遮蔽調變器430產生控制訊號PBM(ENH)，而其脈波寬度T等於8*0.66usec=5.28usec。時脈週期T1則等於64*5.28usec=337.9usec。因此，由上述△VOUT的公式可以推算出△VOUT=(2mA*337.9usec)/10uF=67.58mV。然而，上述舉例僅係為了方便說明，本發明並未僅限於上述實施例。
此外，雖然圖4所示的穩壓調整電路320為降壓式(BUCK)穩壓調整電路，本發明其他實施例的可調整穩壓調整電路320可為昇壓式(BOOST)穩壓調整電路、昇降壓式(BUCK/BOOST)穩壓調整電路或反向式(INVERTING)穩壓調整電路。因此，不同型態的切換式穩壓器仍在睡眠模式下具有超低待機電流。例如，圖7A及7B繪示為本發明一實施例之切換式穩壓器控制電路的穩壓調整電路。圖7A的穩壓調整電路620A之電晶體M3、M4及電 感L1之型態可讓穩壓調整電路620A成為昇壓式穩壓調整電路。圖6B的穩壓調整電路620B更包括一兩極真空管D1耦接在功率電路與輸出電容之間，而讓穩壓調整電路620B成為反向式穩壓調整電路。
圖8是根據本發明一實施例所繪示的穩定輸出電氣訊號方法的流程圖。
請參照圖8，在步驟S802中，切換式穩壓器30接收參考電壓VREF和回饋電壓VFB。在步驟S804中，震盪器342提供震盪訊號OSC1。在步驟S806中，脈波遮蔽調變器344遮蔽振盪訊號OSC1至少一部份以產生控制訊號PBM。在步驟S806中，脈波遮蔽調變器344提供控制訊號PBM至切換式穩壓器30，藉此控制切換式穩壓器30在睡眠模式中的輸出電氣訊號於一預定區間。
在一範例實施例中，脈波遮蔽調變器344遮蔽振盪訊號OSC1至少一部份以產生控制訊號PBM的步驟包括除頻器420除頻震盪訊號OSC1以產生除頻震盪訊號DIV2~DIVN，其中當脈波遮蔽調變器344接收到睡眠訊號SLEEP時，脈波遮蔽調變器344根據除頻震盪訊號DIV2~DIVN產生控制訊號PBM。此外，邏輯運算器440根據震盪訊號OSC1與該控制訊號PBM產生時脈訊號OSC_OUT。
在一範例實施例中，輸出電氣訊號為輸出電壓VOUT。
在一範例實施例中，輸出電氣訊號為一輸出電流。
在一範例實施例中，脈波遮蔽調變器344根據輸出電壓 VOUT調整控制訊號PBM以遮蔽振盪訊號OSC1的一部份。
在一範例實施例中，脈波遮蔽調變器344根據電流負載ILOAD調整控制訊號PBM以遮蔽該振盪訊號OSC1的一部份。
在一範例實施例中，控制訊號PBM為一固定值。
綜上所述，根據本發明的實施例，本發明之切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號的方法採用具有脈波遮蔽調變機制的時脈控制單元。因此，只要計算出適當的輸出電容值以及控制訊號的時脈週期，本範例實施例的切換式穩壓器控制電路就可使電壓穩壓器的輸出電氣訊號維持在正常的工作範圍，可確保切換式穩壓器在睡眠模式下仍具有超低待機電流。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
300‧‧‧切換式穩壓器控制電路
310‧‧‧邏輯驅動單元
320‧‧‧穩壓調整電路
330‧‧‧功率電路
344‧‧‧脈波遮蔽調變器
336‧‧‧分壓電路
340‧‧‧時脈控制單元
350‧‧‧回饋控制電路
OSC_OUT‧‧‧時脈訊號
SLEEP‧‧‧睡眠訊號
ENH、PBM‧‧‧控制訊號
COMP3‧‧‧電壓比較器
DUTY‧‧‧比較結果
VC‧‧‧第一比較器輸入電壓
VDDA‧‧‧操作電壓
VRAMP‧‧‧第二比較器輸入電壓
VFB‧‧‧回饋電壓
VREF‧‧‧參考電壓
VG‧‧‧閘極電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
EA‧‧‧運算放大器
Iload‧‧‧電流負載
ISEN‧‧‧電感電流偵測電路
ISLOP‧‧‧斜率補償電路
LD‧‧‧邏輯驅動電路
R1、R2、RS‧‧‧電阻
L1‧‧‧電感
Cout‧‧‧輸出電容
FF1‧‧‧閂鎖器
PWM‧‧‧閂鎖輸出
M1、M2‧‧‧電晶體
A1~AN、B1~BN‧‧‧放大器

Claims (23)

  1. 一種切換式穩壓器控制電路，包括：一切換式穩壓器，根據一參考電壓和一回饋電壓調節一輸出電氣訊號；一時脈控制單元，耦接該切換式穩壓器，其中該時脈控制單元包括：一震盪器，提供一震盪訊號；以及一脈波遮蔽調變器，耦接該震盪器並用以接收指示進入一睡眠模式的一睡眠訊號並產生遮蔽該振盪訊號至少一部份的一控制訊號，該時脈控制單元提供該控制訊號以維持該切換式穩壓器在該睡眠模式中的該輸出電氣訊號於一預定區間。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該時脈控制單元更包括：一除頻器，耦接在震盪器與脈波遮蔽調變器之間，用以除頻該震盪訊號以產生一除頻震盪訊號，其中當該脈波遮蔽調變器接收到該睡眠訊號時，該脈波遮蔽調變器根據該除頻震盪訊號產生該控制訊號；以及一邏輯運算器，耦接該震盪器和脈波遮蔽調變器，根據該震盪訊號與該控制訊號產生一時脈訊號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該控制訊號在該睡眠模式中的每一時脈週期的脈波寬度實質上 為相同。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該切換式穩壓器包括：一穩壓調整電路，耦接一邏輯驅動單元和一回饋控制電路，該穩壓調整電路包括：一功率電路，其第一端接收一操作電壓，第二端接收一閘極電壓，以及第三端耦接一接地；一分壓電路，耦接該功率電路，用以提供一回饋電壓；以及一輸出電容，其第一端耦接該分壓電路和該功率電路，第二端耦接該接地；該回饋控制電路，耦接該穩壓調整電路和一邏輯驅動單元，該回饋控制電路包括：一運算放大器，耦接該分壓電路和一參考電壓，該運算放大器根據該參考電壓和該回饋電壓之間的誤差控制一第一比較器輸入電壓的大小；以及一比較器，耦接該時脈控制單元和該運算放大器，用以根據該控制訊號比較該第一比較器輸入電壓與一第二比較器輸入電壓，以產生一比較結果；該邏輯驅動單元，包括：一閂鎖器，耦接該時脈控制單元和該比較器，用以接收 來自該時脈控制單元的一時脈訊號和來自該比較器的該比較結果以產生一閂鎖輸出；以及一邏輯驅動電路，耦接該時脈控制單元和該閂鎖器，用以根據該控制訊號和該閂鎖輸出提供該閘極電壓至該功率電路的第二端。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該穩壓調整電路更包括：一電感，其第一端耦接該功率電路，以及第二端耦接該輸出電容以及該分壓電路。
  6. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該穩壓調整電路的該功率電路包括：一第一電晶體，一汲極耦接一第二電晶體的一源極，一閘極耦接該閘極電壓，以及一源極耦接該接地；以及該第二電晶體，一汲極耦接該操作電壓，一閘極耦接該閘極電壓，以及一源極耦接該第一電晶體的汲極。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該回饋控制電路更包括：一電感電流偵測電路以及一斜率補償電路，根據該控制訊號產生該第二比較器輸入電壓。
  8. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該邏輯驅動單元更包括： 一第一組放大器，串接在該邏輯驅動電路與該第一電晶體的閘極之間；以及一第二組放大器，串接在該邏輯驅動電路與該第二電晶體的閘極之間。
  9. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該穩壓調整電路為一降壓式穩壓調整電路。
  10. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該穩壓調整電路為一昇壓式穩壓調整電路。
  11. 如申請專利範圍第4項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該穩壓調整電路更包括一兩極真空管，耦接在該功率電路與該輸出電容之間，而該穩壓調整電路為一反向式穩壓調整電路。
  12. 如申請專利範圍第1項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該輸出電氣訊號為一輸出電壓。
  13. 如申請專利範圍第1項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該輸出電氣訊號為一輸出電流。
  14. 如申請專利範圍第12項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該時脈控制單元根據該輸出電壓調整該控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
  15. 如申請專利範圍第1項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該時脈控制單元根據一電流負載調整該控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
  16. 如申請專利範圍第1項所述的切換式穩壓器控制電路，其中該控制訊號為一固定值。
  17. 一種穩定輸出電氣訊號的方法，適用於一切換式穩壓器控制電路，其中該切換式穩壓器控制電路具有一切換式穩壓器、一震盪器及一脈波遮蔽調變器，該穩定輸出電氣訊號的方法包括：該切換式穩壓器接收一參考電壓和一回饋電壓；該震盪器提供一震盪訊號；該脈波遮蔽調變器接收指示進入一睡眠模式的一睡眠訊號並遮蔽該振盪訊號至少一部份以產生一控制訊號；以及該脈波遮蔽調變器提供該控制訊號至該切換式穩壓器，藉此控制該切換式穩壓器在該睡眠模式中的該輸出電氣訊號於一預定區間。
  18. 如申請專利範圍第17項所述的穩定輸出電氣訊號的方法，其中該切換式穩壓器控制電路更具有一除頻器及一邏輯運算器，該脈波遮蔽調變器遮蔽該振盪訊號至少一部份以產生該控制訊號的步驟包括：該除頻器除頻該震盪訊號以產生一除頻震盪訊號，其中當該脈波遮蔽調變器接收到該睡眠訊號時，該脈波遮蔽調變器根據該除頻震盪訊號產生該控制訊號；以及該邏輯運算器根據該震盪訊號與該控制訊號產生一時脈訊號。
  19. 如申請專利範圍第17項所述的穩定輸出電氣訊號的方法，其中該輸出電氣訊號為一輸出電壓。
  20. 如申請專利範圍第17項所述的穩定輸出電氣訊號的方法，其中該輸出電氣訊號為一輸出電流。
  21. 如申請專利範圍第19項所述的穩定輸出電氣訊號的方法，其中該脈波遮蔽調變器根據該輸出電壓調整該控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
  22. 如申請專利範圍第17項所述的穩定輸出電氣訊號的方法，其中該該脈波遮蔽調變器根據一電流負載調整該控制訊號以遮蔽該振盪訊號的一部份。
  23. 如申請專利範圍第17項所述的穩定輸出電氣訊號的方法，其中該控制訊號為一固定值。
TW103122121A 2014-06-26 2014-06-26 切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法 TWI559111B (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103122121A TWI559111B (zh) 2014-06-26 2014-06-26 切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法
US14/451,446 US9450488B2 (en) 2014-06-26 2014-08-05 Control circuit for maintaining output signal of switching regulator in a sleep mode and method for regulating electrical signal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
TW103122121A TWI559111B (zh) 2014-06-26 2014-06-26 切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TW201600949A TW201600949A (zh) 2016-01-01
TWI559111B true TWI559111B (zh) 2016-11-21

Family

ID=54931577

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW103122121A TWI559111B (zh) 2014-06-26 2014-06-26 切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US9450488B2 (zh)
TW (1) TWI559111B (zh)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI631791B (zh) * 2017-03-22 2018-08-01 茂達電子股份有限公司 切換式充電電路
TWI663497B (zh) * 2016-12-30 2019-06-21 台達電子工業股份有限公司 穩壓器以及積體電路

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9596728B2 (en) * 2015-05-29 2017-03-14 Linear Technology Corporation Maintaining output capacitance voltage in LED driver systems during PWM off times
CN105958799B (zh) * 2016-06-28 2019-01-04 上海晶曦微电子科技有限公司 一种电源管理电路
JP6725147B2 (ja) * 2017-05-31 2020-07-15 株式会社デンソーテン 充電制御装置
US10644591B1 (en) * 2018-10-16 2020-05-05 Linear Technology Holding Llc Regulator light load control techniques
US10903838B1 (en) * 2019-10-18 2021-01-26 Silicon Laboratories Inc. Integrated circuit clock management during low power operations

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142217A (en) * 1991-03-07 1992-08-25 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Synchronizable power supply controller and a system incorporating the same
US20040257056A1 (en) * 2003-05-09 2004-12-23 Jian-Rong Huang Switching regulator with improved load transient efficiency and method thereof
US7321222B2 (en) * 2004-02-13 2008-01-22 Rohm Co., Ltd. Switching regulator with DC offset (bias) in controller
TW200906037A (en) * 2007-07-24 2009-02-01 Spi Electronic Co Ltd Frequency conversion circuit with compensation mechanism
US7800351B2 (en) * 2008-03-24 2010-09-21 Active-Semi, Inc. High efficiency voltage regulator with auto power-save mode

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2730530B2 (ja) * 1995-10-31 1998-03-25 日本電気株式会社 半導体集積回路及びその駆動方法
US6396252B1 (en) * 2000-12-14 2002-05-28 National Semiconductor Corporation Switching DC-to-DC converter with discontinuous pulse skipping and continuous operating modes without external sense resistor
US7167382B2 (en) * 2003-07-28 2007-01-23 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Semiconductor device
US7142140B2 (en) * 2004-07-27 2006-11-28 Silicon Laboratories Inc. Auto scanning ADC for DPWM
US7309977B2 (en) * 2005-10-11 2007-12-18 Active-Semi International, Inc. System and method for an adaptive synchronous switch in switching regulators
US7633276B2 (en) * 2007-04-20 2009-12-15 Infineon Technologies Ag Switching control in DC-DC-converters
TWI341965B (en) * 2007-10-23 2011-05-11 Richtek Technology Corp Voltage regulator and method for generating indicator signal in voltage regulator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5142217A (en) * 1991-03-07 1992-08-25 Sgs-Thomson Microelectronics, Inc. Synchronizable power supply controller and a system incorporating the same
US20040257056A1 (en) * 2003-05-09 2004-12-23 Jian-Rong Huang Switching regulator with improved load transient efficiency and method thereof
US7321222B2 (en) * 2004-02-13 2008-01-22 Rohm Co., Ltd. Switching regulator with DC offset (bias) in controller
TW200906037A (en) * 2007-07-24 2009-02-01 Spi Electronic Co Ltd Frequency conversion circuit with compensation mechanism
US7800351B2 (en) * 2008-03-24 2010-09-21 Active-Semi, Inc. High efficiency voltage regulator with auto power-save mode

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI663497B (zh) * 2016-12-30 2019-06-21 台達電子工業股份有限公司 穩壓器以及積體電路
TWI631791B (zh) * 2017-03-22 2018-08-01 茂達電子股份有限公司 切換式充電電路

Also Published As

Publication number Publication date
US9450488B2 (en) 2016-09-20
TW201600949A (zh) 2016-01-01
US20150381046A1 (en) 2015-12-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
TWI559111B (zh) 切換式穩壓器控制電路及穩定輸出電氣訊號方法
US11277064B2 (en) Overvoltage protection circuit, integrated circuit and switching converter with the same
US10666272B2 (en) COT control circuit and associated DC-DC converter
US9529373B2 (en) Switching regulator and control circuit and control method therefor
US20200389958A1 (en) Systems and methods for current regulation in light-emitting-diode lighting systems
US9154037B2 (en) Current-mode buck converter and electronic system using the same
US7026851B2 (en) PWM controller having frequency jitter for power supplies
US9614437B2 (en) Switching regulator and control circuit and control method therefor
JP5723578B2 (ja) スイッチング電源装置
US10063148B2 (en) Switching power supply device having pulse-by-pulse type overcurrent protection function
US8878509B2 (en) Current-mode controller for step-down (buck) converter
US8836294B2 (en) Switching regulator and control circuit and method therefor
US20150115814A1 (en) Pulse current led driving circuit
US20140266117A1 (en) Systems and methods for 100 percent duty cycle in switching regulators
JP2014003850A (ja) スイッチングレギュレータ
TW201315113A (zh) 切換調整器
US20140225584A1 (en) Switching power supply circuit
US20110210710A1 (en) Step-up dc-dc converter and semiconductor integrated circuit device
JP6029062B2 (ja) スイッチング電源装置
KR101774601B1 (ko) 스위칭 레귤레이터 제어 회로 및 스위칭 레귤레이터
US20180269783A1 (en) Dual-channel constant on time smps with single phase-locked loop and the method thereof
TW202215783A (zh) 開關電源及其啟動控制電路和方法
CN105305817A (zh) 切换式稳压器控制电路及稳定输出电气信号的方法
TW201351855A (zh) 具有緩啟動電路的電壓轉換器
JP7509649B2 (ja) Ｄｃ－ｄｃコンバータ