TWI694676B - 振盪器及包括其之pwm控制器 - Google Patents

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Abstract

一種用於一脈衝寬度調變(PWM)控制器的振盪器包括一振盪電路，該振盪電路包括一電容器並經組態以藉由將該電容器充電及放電而產生一第一脈衝信號；一分頻器，該分頻器經組態以基於該第一脈衝信號產生一第二脈衝信號，該第二脈衝信號具有比該第一脈衝信號低的一頻率；及一振盪控制電路，該振盪控制電路經耦接至該振盪電路及該分頻器，並經組態以產生用於在一振盪暫停操作期間暫停該電容器之該充電及放電的控制信號。

Description

振盪器及包括其之PWM控制器
本揭露關於振盪器，且更具體地關於用於執行振盪暫停(holding)操作的振盪器、該振盪器的振盪暫停方法、及包括該振盪器的PWM控制器。
積體電路(IC)裝置（諸如電力轉換器、電力供應器等）使用脈衝寬度調變(PWM)控制器。脈衝寬度調變(PWM)控制器包括振盪器以固定具有可變頻率的脈衝信號。例如，在利用邊界傳導模式(BCM)控制演算法的PWM控制器中，重要的係防止PWM控制器進入連續傳導模式(CCM)。為防止PWM控制器從BCM至CCM的模式變化，PWM控制器包括在PWM控制器的BCM結束時執行振盪暫停操作的振盪器。
實施例包括一種用於一脈衝寬度調變(PWM)控制器的振盪器。該振盪器包含一振盪電路、一分頻器、及一振盪控制電路。該振盪電路包括一電容器，並藉由將該電容器充電及放電而產生一第一脈衝信號。該分頻器基於該第一脈衝信號產生一第二脈衝信號，該第二脈衝信號具有比該第一脈衝信號低的一頻率。該振盪控制電路經耦接至該振盪電路及該分頻器，並產生用於在一振盪暫停操作期間暫停該電容器之該充電及放電的控制信號。
在一實施例中，該PWM控制器利用一邊界傳導模式(BCM)控制演算法，且該振盪控制電路基於該第一脈衝信號、一BCM結束偵測信號、及一脈衝偵測信號產生該等控制信號。
在一實施例中，該BCM結束偵測信號係在包括該PWM控制器之一裝置的一輸出電壓導通時啟用，並在經耦接至該裝置之一負載的一儲存能量係零時停用。
在一實施例中，該振盪暫停操作係在該BCM結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，並在該BCM結束偵測信號經停用時撤銷啟動。該分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號的一第(N-j)循環而產生該脈衝偵測信號，N及j係正整數，該N大於j。
在一實施例中，該振盪控制電路包括一狀態機，該狀態機接收作為輸入信號的該BCM結束偵測信號、該脈衝偵測信號、及該第一脈衝信號，並基於該等輸入信號產生該等控制信號及一中間脈衝信號，該中間脈衝信號對應於該第一脈衝信號並輸入至該分頻器。
在一實施例中，該振盪暫停操作係在該BCM結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，並在該BCM結束偵測信號經停用時撤銷啟動。該分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號的一第(N-j)循環而產生該脈衝偵測信號，N及j係正整數，該N大於j。該脈衝偵測信號係在該第一脈衝信號之第(N-j)循環的一上升邊緣或一下降邊緣處啟用。
在一實施例中，該振盪電路包括一三角脈衝產生電路、一第一比較器、一第二比較器、及一RS正反器。該三角脈衝產生電路回應於來自該振盪控制電路的該等控制信號而執行該電容器的一充電或放電操作，並產生一三角脈衝信號。該第一比較器在一正輸入端子處接收該三角脈衝信號，並在一負輸入端子處接收一第一參考電壓。該第二比較器在一正輸入端子處接收一第二參考電壓，並在一負輸入端子處接收該三角脈衝信號。該RS正反器在一設定輸入端子處接收該第一比較器的一輸出信號、在一重設輸入端子處接收該第二比較器的一輸出信號、並輸出該第一脈衝信號。該第一參考電壓及該第二參考電壓判定該三角脈衝信號的一擺動寬度(swing width)。
在一實施例中，該三角脈衝產生電路包括該電容器、一第一開關、及一第二開關。該第一開關經耦接至該電容器，並回應於該等控制信號之一第一者而以一流出電流(sourcing current)將該電容器充電。該第二開關經耦接至該電容器，並回應於該等控制信號之一第二者而以一流入電流(sinking current)將該電容器放電。該振盪控制電路產生該第一控制信號及該第二控制信號以在該振盪暫停操作期間斷開該第一開關及該第二開關。
在一實施例中，該PWM控制器利用一邊界傳導模式(BCM)控制演算法。該振盪控制電路基於該第一脈衝信號、一BCM結束偵測信號、及一脈衝偵測信號產生該等控制信號。該第二脈衝信號的該頻率在該振盪器的一目標頻率範圍內。該振盪暫停操作係在該BCM結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，並在該BCM結束偵測信號經停用時撤銷啟動。該分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號的一第(N-j)循環而產生該脈衝偵測信號，N及j係正整數，該N大於j。該N係藉由該目標頻率範圍中的一最小頻率判定。
在一實施例中，該j隨著N增加而增加。
在一實施例中，該N在8至20的範圍中。
實施例關於用於執行振盪暫停操作的振盪器、包括該振盪器的一PWM控制器、及該振盪器的振盪暫停方法。
在下列的詳細描述中，已說明及描述某些說明性實施例。如所屬技術領域中具有通常知識者將理解的，此等實施例可在不偏離本揭露之範圍的情況下以各種不同方式修改。因此，圖式及描述的本質係欲視為係說明性而非限制性。相似的參考數字標定專利說明書中的相似元件。
在一實施例中，振盪器包括振盪電路，該振盪電路包括電容器並經組態以藉由將電容器充電及放電而產生第一脈衝信號；分頻器，該分頻器經組態以基於該第一脈衝信號產生第二脈衝信號，該第二脈衝信號具有比該第一脈衝信號低的頻率；及脈衝控制電路，該脈衝控制電路經耦接至振盪電路及分頻器並經組態以產生用於在振盪暫停操作期間暫停電容器之充電及放電的控制信號。振盪器係提供為脈衝寬度調變(PWM)控制器的部分。
在一實施例中，振盪電路使用鋸齒波振盪器。PWM控制器利用邊界傳導模式(BCM)控制演算法，且振盪控制電路基於第一脈衝信號、BCM結束偵測信號、及脈衝偵測信號產生控制信號。
在一實施例中，該振盪暫停操作係在該BCM結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，並在該BCM結束偵測信號經停用時撤銷啟動。脈衝偵測信號係由分頻器藉由偵測對應於第二脈衝信號的一個循環之第一脈衝信號的N個循環之中的第一脈衝信號的第(N-j)循環而產生，其中N及j係正整數，N大於j。
圖1繪示根據實施例的積體電路裝置100。積體電路100可包括電力轉換器、及電力供應器等的任一者。
積體電路裝置100（例如電力轉換器）接收輸入電壓Vin並提供輸出電壓VOUT 至負載130。電力轉換器100包括PWM控制器110。
圖1的PWM控制器110係設計用於電力供應控制。根據此實施例的PWM控制器110利用邊界傳導模式(BCM)控制演算法，並包括邏輯部分111及振盪器113。
圖1的振盪器113可產生具有振盪頻率的脈衝信號，該振盪頻率在目標頻率範圍中變化，並將脈衝信號的振盪頻率提供作為用於PWM控制器110之電力供應控制的可變頻率。例如，可變頻率係用以導通將電流提供至電力轉換器100的能量儲存裝置（例如，電感器或變壓器）之PWM控制器110的切換裝置（未圖示）。使用在PWM控制器110中的振盪器113可包括鋸齒波振盪器。
在一實施例中，圖1的振盪器113回應於來自邏輯部分111的第一模式結束偵測信號而執行振盪暫停操作，以防止PWM控制器110的模式從第一模式變化至第二模式。在一實施例中，第一模式係BCM，且第二模式係連續傳導模式(CCM)。
CCM和BCM相關於能量儲存裝置（諸如，電感器）在其中充電及放電之電力轉換器100的操作循環。CCM和BCM的區分可在於，在CCM中，能量儲存裝置的電流在操作循環期間永不下降至零，而在BCM中，電流在各操作循環之放電時期的結束處下降至零，然後在後續操作循環的充電時期開始時恢復。
圖1的負載130可包括一或多個積體晶片(IC)。在一實施例中，輸出電壓VOUT 係用以將電力供應至中央處理單元(CPU)、圖形處理單元(GPU)、積體記憶體電路、電池充電器、發光二極體(LED)、或其他類型的電負載。
圖2繪示鋸齒波振盪器200，其係使用在PWM控制器中之振盪器的實例。鋸齒波振盪器200包括三角脈衝產生電路210、第一比較器220及第二比較器230、及RS正反器240。
圖2的三角脈衝產生電路210包括流出電流源211、流入電流源213、第一開關SW1及第二開關SW2、及電容器COSC 。電容器COSC 具有經共用地耦接至第一比較器220、第二比較器230、及第一開關SW1及第二開關SW2之共用節點的第一端，並具有經耦接至接地電壓端子的第二端。
當第一開關SW1導通時，流出電流源211將流出電流ISRC 供應至第一開關SW1及第二開關SW2的共用節點。當第二開關SW2導通時，流入電流源213汲取來自第一開關SW1及第二開關SW2之共用節點的流入電流ISNK 。
圖2的第一比較器220在其正輸入端子(+)處接收電容器COSC 的三角脈衝信號SAW，該正輸入端子耦接至電容器COSC 的第一端，並在其負輸入端子(-)處接收第一參考電壓VREF1 。圖2的第二比較器230在其正端子(+)處接收第二參考電壓VREF2 ，並在其負端子(-)處接收三角脈衝信號SAW，該負端子經耦接至電容器COSC 的第一端。第一參考電壓VREF1 及第二參考電壓VREF2 判定三角脈衝信號SAW的擺動寬度。亦即，第一參考電壓VREF1 判定三角脈衝信號SAW的高電壓位準，且第二參考電壓VREF2 判定三角脈衝信號SAW的低電壓位準。
圖2的RS正反器240在設定(S)輸入端子處接收第一比較器220的輸出信號，並在重設(R)輸入端子處接收第二比較器230的輸出信號。RS正反器240通過第一輸出端子Q輸出具有矩形形狀的脈衝信號FOSC ，並通過第二輸出端子/Q輸出脈衝信號FOSC 的反相信號，該反相信號具有脈衝信號FOSC 的相反相位。
在圖2之包括第一開關SW1及第二開關SW2的三角脈衝產生電路210中，第一開關SW1及第二開關SW2二者回應於通過RS正反器240之第一輸出端子Q輸出的脈衝信號FOSC 而操作。在一實例中，第一開關SW1及第二開關SW2可分別包括PMOS電晶體及NMOS電晶體，且因此PMOS電晶體及NMOS電晶體二者可取決於通過彼等閘極端子接收的脈衝信號FOSC 而選擇性地啟動或撤銷啟動。
在其他實例中，圖2的第一開關SW1及第二開關SW2可包括任何其他切換元件。例如，第一開關SW1及第二開關SW2二者可包括NMOS電晶體。在此情況中，第一開關SW1及第二開關SW2分別取決於通過彼等之閘極端子接收的脈衝信號FOSC 而選擇地啟動或撤銷啟動。
在圖2之振盪器200的說明性實施例中，第一開關SW1及第二開關SW2分別包括PMOS電晶體及NMOS電晶體。因此，當脈衝信號FOSC 具有低位準時，第一開關SW1導通且第二開關SW2斷開。此時，電容器COSC 隨著流出電流ISRC 通過導通的第一開關SW1流至電容器COSC 而由流出電流ISRC 充電。若三角脈衝信號SAW的電壓位準由於充電操作而變得高於第一參考電壓VREF1 ，第一比較器220的輸出信號具有高位準，且因此設定RS正反器240，使得脈衝信號FOSC 變化至高位準。
另一方面，當脈衝信號FOSC 具有高位準時，第一開關SW1斷開且第二開關SW2導通。此時，電容器COSC 隨著流入電流ISNK 通過導通的第二開關SW2流至接地電壓端子而由流入電流ISNK 放電。若三角脈衝信號SAW的電壓位準由於放電操作而變得小於第二參考電壓VREF2 ，第二比較器230的輸出信號具有高位準，且因此重設RS正反器240，使得脈衝信號FOSC 變化至低位準。
當脈衝信號FOSC 變化至低位準時，再次執行上述充電操作。此等重複充電及放電操作導致振盪，並產生具有在目標頻率範圍中變化之振盪頻率f的脈衝信號FOSC 。
若流出電流ISRC 及流入電流ISNK 實質恆定且與用於產生振盪頻率f的振盪電流IOSC 實質相同，亦即，ISRC = ISNK = IOSC ，振盪時期T可藉由以下方程式1表示，且脈衝信號FOSC 的振盪頻率f可藉由以下方程式2表示： T = (2* COSC *(VREF1 - VREF2 ))/ IOSC 方程式1 ，及 f = IOSC /(2* COSC *(VREF1 - VREF2 )) 方程式2 ， 其中COSC 指示電容器COSC 的電容，VREF1 對應於三角脈衝信號SAW的高電壓位準，且VREF2 對應於三角脈衝信號SAW的低電壓位準。因此，三角脈衝信號SAW在第一參考電壓VREF1 與第二參考電壓VREF2 之間擺動。
如方程式2所示，當第一參考電壓VREF1 及第二參考電壓VREF2 係預定且固定的時，振盪頻率f之頻率範圍可藉由調整流過第一開關SW1或第二開關SW2的振盪電流IOSC (= ISRC = ISNK )的位準及電容器COSC 的電容而變化。
在一些情況中，PWM控制器之操作所需的振盪頻率的目標頻率範圍可係設定成具有800 Hz至100 kHz的範圍，且更具體地說，800 Hz至65 kHz的範圍。
為了將目標頻率範圍設定成具有作為最小頻率之非常低的頻率（例如800 Hz），如能從方程式2看出者，需要減少振盪器200之振盪電流IOSC 的位準或增加包括在振盪器200中之電容器COSC 的電容。
例如，當電容器COSC 具有10 pF的電容時，振盪器200的振盪電流IOSC 應具有約40 nA，以固定800 Hz的最小頻率。
然而，因為振盪電流IOSC 的位準(40 nA)非常小且類似於漏電流，振盪電流IOSC 的位準可輕易地被雜訊影響，且因此難以藉由調整振盪電流IOSC 的位準而精確地控制最小頻率。因此，當將電容器COSC 的電容固定至10 pF時，在藉由調整振盪電流IOSC 的位準而控制最小頻率方面有限制。
替代地，取代調整振盪電流IOSC 的位準，振盪器200之電容器COSC 的電容可經調整以精確地控制最小頻率。然而，當增加電容器COSC 的電容以獲得800 Hz的最小頻率時，振盪器200的大小由於電容器COSC 的大小而顯著地增加。
因此，為克服該等缺點並精確地控制或修整目標頻率範圍的最小及最大頻率，本揭露提供使用流出電流及流入電流的振盪器，該等電流之各者具有例如比使用在圖2之振盪器200中的振盪電流IOSC 的位準大N倍的合理位準，從而輕易地控制或修整目標頻率範圍，尤其是最小頻率，N係正整數。
然而，因為，當流出電流及流入電流增加以具有振盪電流IOSC 的位準之N倍大的位準時，從圖2的振盪器200輸出之脈衝信號FOSC 的最大及最小頻率亦增加N倍，根據本揭露之實施例的振盪器可使用各具有比用於產生振盪頻率f之振盪電流IOSC 的位準大N倍之位準的流出電流及流入電流，並且亦採用1/N分頻器以使振盪器的振盪頻率在目標頻率範圍中變化。
圖3繪示根據實施例的振盪器300。振盪器300可係採用在利用BCM控制演算法的PWM控制器中，並可具有例如800 Hz至100 kHz或800 Hz至65 kHz的目標頻率範圍。
圖3的振盪器300具備流出電流及流入電流，該等電流之各者具有比使用在圖2之振盪器200中的振盪電流IOSC 之位準大N倍的電流位準，並產生具有在目標頻率範圍中變化之振盪頻率的輸出脈衝信號FOSC.F 。
參考圖3，振盪器300包括三角脈衝產生電路310、第一比較器320及第二比較器330、RS正反器340、1/N分頻器350、及振盪控制電路360。三角脈衝產生電路310、第一比較器320及第二比較器330、及RS正反器340分別具有與繪示於圖2中的三角脈衝產生電路210、第一比較器220及第二比較器230、RS正反器240實質相同的組態。因此，為使解說簡明，將省略其之詳細描述。
在此實施例中，流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 係供應至圖3的三角脈衝產生電路310以執行電容器COSC 的充電及放電操作。流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 之各者具有比使用在圖2之振盪器200中的振盪電流IOSC 的位準大N倍的電流位準，以精確控制目標頻率範圍的最小頻率。亦即，在此實施例中，ISRC1 = ISNK1 = N * IOSC ，N係正整數。藉由增加流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 的位準，其係更輕易地調整流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 的最小位準而不被雜訊影響，且因此可能準確地調整目標頻率範圍的最小頻率。
當各具有N * IOSC 之電流位準的流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 係施加至圖3的三角脈衝產生電路310時，電容器COSC 之充電及放電操作的速度變得比圖2之振盪器200的充電及放電操作快N倍。因此，圖3的RS正反器340輸出具有比圖2所示的振盪器200之脈衝信號FOSC 的振盪頻率高N倍之振盪頻率的內部脈衝信號（或第一脈衝信號）FOSC.I ，其中將振盪電流IOSC 係使用作為流出電流ISRC 及流入電流ISNK 。亦即，內部脈衝信號FOSC.I 的振盪頻率對應於電容器COSC 的充電或放電速度。
在此實施例中，為了輸出具有在目標頻率範圍中變化之振盪頻率的輸出脈衝信號（或第二脈衝信號）FOSC.F ，圖3之1/N分頻器350經添加以係耦接至RS正反器340的輸出端子。1/N分頻器350將從RS正反器340輸出之內部脈衝信號FOSC.I 的振盪頻率降低成1/N倍，並將頻率降低的脈衝信號輸出為輸出脈衝信號FOSC.F 。
例如，假設圖3之振盪器300的目標頻率範圍係800 Hz至65 kHz且N係10，各具有比振盪電流IOSC 的位準大10倍之電流位準（亦即，ISRC1 = ISNK1 = 10 * IOSC ）的流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 係施加至圖3的三角脈衝產生電路310，電容器COSC 的充電及放電操作以比圖2之振盪器200的該等操作快10倍地執行。因此，從圖3之RS正反器340輸出的內部脈衝信號FOSC.I 具有在8 kHz至650 kHz之範圍中變化的振盪頻率，其對應於各具有10 * IOSC 之電流位準的流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 。之後，使用為1/N分頻器350的1/10分頻器將內部脈衝信號FOSC.I 的振盪頻率降低成1/10倍。因此，在800 Hz至65 kHz之目標頻率範圍中變化的輸出脈衝信號FOSC.F 從振盪器300的1/10分頻器輸出。
此外，因為圖3的振盪器300可係採用在利用BCM控制演算法的PWM控制器中，振盪器300進一步包括用於藉由偵測PWM控制器之BCM的結束而控制振盪暫停操作的振盪控制電路360。振盪暫停操作係執行以防止PWM控制器的操作模式從BCM變化至CCM。在此實施例中，為執行振盪暫停操作，振盪控制電路360係設置在圖3的RS正反器340與1/N分頻器350之間。
圖3的振盪器300可基於BCM結束偵測信號SBCM.END 及從1/N分頻器350輸出的第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 執行振盪暫停操作，j係小於N的正整數。BCM結束偵測信號SBCM.END 係由PWM控制器的邏輯部分（例如，圖1中的邏輯部分111）提供。
在一實施例中，BCM結束偵測信號SBCM.END 可係在積體電路裝置（例如，圖1所示的電力轉換器100）的輸出電壓VOUT 導通時啟用，並在負載（例如，圖1所示的負載130）的儲存能量係零時停用。
在一實施例中，BCM結束偵測信號SBCM.END 係在輸出脈衝信號FOSC.F 轉變至高位準之後啟用至高位準。振盪暫停操作係在BCM結束偵測信號SBCM.END 經啟用至高位準並且從1/N分頻器350輸出之第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 經啟用至高位準時啟動。振盪暫停操作係在BCM結束偵測信號SBCM.END 經停用至低位準時撤銷啟動。
1/N分頻器350在輸出脈衝信號FOSC.F 轉變至高位準之後計數內部脈衝信號FOSC.I 的循環，且當內部脈衝信號FOSC.I 的N個循環由1/N分頻器350轉換至輸出脈衝信號FOSC.F 的一個循環時，藉由偵測內部脈衝信號FOSC.I 的第(N-j)循環產生第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 。
第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 可在內部脈衝信號FOSC.I 之第(N-j)循環的上升邊緣或下降邊緣處啟用。第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 可在其啟用後將經啟用之高位準維持達內部脈衝信號FOSC.I 的半個循環，或可在輸出脈衝信號FOSC.F 轉變至高位準時停用。
參考圖3，當振盪暫停操作經啟動時（亦即，當BCM結束偵測信號SBCM.END 及內部脈衝信號FOSC.I 的第(N-j)循環二者經啟用至高位準時），振盪控制電路360產生將三角脈衝產生電路310的第一開關SW1及第二開關SW2斷開的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK，使得振盪器300暫停振盪操作。振盪操作係暫停直到振盪暫停操作回應於經停用至低位準的BCM結束偵測信號SBCM.END 而撤銷啟動。在振盪暫停操作經啟動的同時，內部脈衝信號FOSC.I 及輸出脈衝信號FOSC.F 可維持彼等的先前位準。
參考圖3，振盪控制電路360包括反及閘360-1、及閘360-2、或閘360-3、及反相器360-4。反及閘360-1接收BCM結束偵測信號SBCM.END 及第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 。及閘360-2接收反及閘360-1的輸出信號及內部脈衝信號FOSC.I ，並產生第二開關控制信號SNK。或閘360-3接收內部脈衝信號FOSC.I 與反及閘360-1之輸出信號的反相信號，並產生第一開關控制信號SRC。反相器360-4將或閘360-3的輸出信號反相，並將反相信號作為中間脈衝信號FOSC.IN 輸出至1/N分頻器350。振盪控制電路360的詳細操作將於稍後描述。
在另一實施例中，圖3的振盪控制電路360可以狀態機實作。狀態機接收作為輸入信號的BCM結束偵測信號FBCM.END 、第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 、及內部脈衝信號FOSC.I ，並基於該等輸入信號產生用於控制振盪暫停操作的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK及中間脈衝信號FOSC.IN 。
圖3的1/N分頻器350接收從振盪控制電路360輸出的中間脈衝信號FOSC.IN ，並產生輸出脈衝信號FOSC.F 及第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 。當BCM結束偵測信號SBCM.END 經啟用時，第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 係供應至振盪控制電路360以啟動振盪暫停操作。
在一實施例中，第(N-1)脈衝偵測信號係使用為用於控制振盪暫停操作的脈衝信號FOSC.H 。在另一實施例中，可使用比第(N-1)脈衝偵測信號更早產生的脈衝信號（例如，第(N-2)脈衝偵測信號）以啟動振盪暫停操作。
N係由目標頻率範圍的最小頻率判定。當最小頻率具有較低值時，N具有更大的值。在一些實施例中，N可等於或大於8，並可在8與20的範圍中。
圖4繪示根據實施例之圖3的振盪器之振盪暫停操作的時序圖。振盪暫停操作將參考圖3及圖4描述。
在圖4所示的實施例中，N係設定至10。第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 在內部脈衝信號FOSC.I 的第9循環的下降邊緣處啟用。根據此實施例，圖3的振盪器300使用流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 執行電容器COSC 的充電和放電操作，該等電流各具有對應於10 * IOSC 的電流位準，且振盪器300包括作為1/N分頻器350的1/10分頻器。
參考圖3及圖4，在一時間時期（例如「A」）期間內，振盪器300執行正常振盪操作。當振盪器300執行正常振盪操作時，BCM結束偵測信號SBCM.END 具有停用狀態，例如低位準。因為BCM結束偵測信號SBCM.END 具有低位準，反及閘360-1的輸出信號具有高位準而無論第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 之邏輯位準，且因此振盪控制電路360基於內部脈衝信號FOSC.I 產生該第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK。
圖3的三角脈衝產生電路310、第一比較器320及第二比較器330、及RS正反器340回應於基於內部脈衝信號FOSC.I 產生的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK而執行振盪操作。尤其，如參考圖2於上文所描述的，在三角脈衝產生電路310的第一開關SW1及第二開關SW2分別包括PMOS電晶體及NMOS電晶體的實施例中，當從RS正反器340輸出的內部脈衝信號FOSC.I 具有低位準時，分別回應於具有與內部脈衝信號FOSC.I 相同之邏輯位準（亦即，低位準）的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK，第一開關SW1導通且第二開關SW2斷開。此時，電容器COSC 隨著流出電流ISRC1 通過導通的第一開關SW1流至電容器COSC 而由流出電流ISRC1 充電。若三角脈衝信號SAW的電壓位準由於充電操作而變得高於第一參考電壓VREF1 ，第一比較器320的輸出信號具有高位準，且因此設定RS正反器340，使得內部脈衝信號FOSC.I 變化至高位準。
另一方面，當內部脈衝信號FOSC.I 具有高位準時，分別回應於具有與內部脈衝信號FOSC.I 相同之邏輯位準（亦即，高位準）的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK，第一開關SW1斷開且第二開關SW2導通。此時，電容器COSC 隨著流入電流ISNK1 通過第二開關SW2流至接地電壓端子而由流入電流ISNK1 放電。若三角脈衝信號SAW的電壓位準由於放電操作而變得小於第二參考電壓VREF2 ，第二比較器330的輸出信號具有高位準，且因此重設RS正反器340，使得內部脈衝信號FOSC.I 變化至低位準。
當內部脈衝信號FOSC.I 變化至低位準時，再次執行上述充電操作。此等重複充電及放電操作導致振盪，並產生具有對應於流出電流ISRC1 及流入電流ISNK1 的電流位準之振盪頻率的內部脈衝信號FOSC.I 。
當第一開關SW1及第二開關SW2分別回應第一控制信號SRC及第二控制信號SNK而正常地操作時，當N係設定至10時，圖3的振盪器300產生具有比振盪器200之脈衝信號FOSC 的振盪頻率高10倍之頻率的內部脈衝信號FOSC.I ，並使用1/10分頻器產生比內部脈衝信號FOSC.I 的頻率低1/10倍之頻率的輸出脈衝信號FOSC.F ，使得輸出脈衝信號FOSC.F 在目標頻率範圍中變化。
同時，若PWM控制器的BCM結束且因此BCM結束偵測信號SBCM.END 經啟用至高位準，圖3之反及閘360-1的輸出信號係取決於第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 而判定。因此，當第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 如圖4所示在時間點T1 也變化至高位準時，反及閘360-1產生具有低位準的輸出信號。因此，回應於具有低位準之反及閘360-1的輸出信號，圖3的及閘360-2產生經設定至低位準的第二開關控制信號SNK，且圖3的或閘360-3產生經設定至高位準的第一開關控制信號SRC。
回應於分別設定至高位準及低位準的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK，圖3的三角脈衝產生電路310中之第一開關SW1及第二開關SW2二者係斷開，且因此電容器COSC 的充電及放電操作二者係撤銷啟動。當電容器COSC 的充電及放電操作經撤銷啟動時，振盪操作係暫停，亦即振盪暫停操作係啟動。
在振盪暫停操作經啟動的同時，內部脈衝信號FOSC.I 及輸出脈衝信號FOSC.F 維持彼等的先前邏輯位準，亦即圖4中的低位準。第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 也維持其之先前邏輯位準，亦即高位準。
在振盪暫停操作經執行之後，當BCM結束偵測信號BCM.END 經停用至低位準時，PWM控制器不在CCM中但在BCM中，然後振盪暫停操作停止。
尤其，若BCM結束偵測信號SBCM.END 如圖4所示在時間點T2 經停用至低位準，圖3之反及閘360-1的輸出信號變化至高位準，且因此第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK係由內部脈衝信號FOSC.I 的邏輯位準判定。因此，如圖4所示，當BCM結束偵測信號SBCM.END 經停用至低位準時，第一開關控制信號SRC回應於在當時具有低位準的內部脈衝信號FOSC.I 而變化至低位準。第二開關控制信號SNK回應於具有低位準的內部脈衝信號FOSC.I 而維持低位準。
當第一開關控制信號SRC變化至低位準且第二開關控制信號SNK維持低位準時，圖3的第一開關SW1及第二開關SW2分別導通及斷開，使得執行圖3之電容器COSC 的充電操作。因此，圖3的RS正反器340經設定，且因此內部脈衝信號FOSC.I 改變至高位準。因此，圖3的振盪器300恢復振盪操作，且內部脈衝信號FOSC.I 及輸出脈衝信號FOSC.F 正常地產生，如圖4之「A」期間中所示。
當振盪暫停操作經撤銷啟動時，第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK的一者取決於內部脈衝信號FOSC.I 的先前邏輯位準而啟用。
如上文所述，在執行振盪暫停操作之後的某個時間中，PWM控制器返回至BCM。若PWM控制器返回至BCM而非進入CCM，BCM結束偵測信號SBCM.END 係停用至低位準。
當BCM結束偵測信號SBCM.END 於第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 在輸出脈衝信號FOSC.F 的一個循環中產生之前經停用至低位準時，振盪器300可連續地執行振盪操作而無需暫停振盪操作。因此，為避免不必要的振盪暫停，藉由使用從1/N分頻器350產生的第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 將振盪暫停啟動時間判定成更接近輸出脈衝信號FOSC.F 之一循環的結束係有利的。
在一些實施例中，j隨著N增加而變得更大。在圖4所示的實施例中，j在N係10時係1，並且偵測內部脈衝信號FOSC.I 之第9循環的信號係使用為判定振盪暫停啟動時間的第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H ，但實施例不限於此。在另一實施例中，偵測內部脈衝信號FOSC.I 之第8循環的信號可係使用為第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 。
圖5係繪示根據實施例的振盪器之操作的流程圖。圖5的振盪暫停方法將參考圖3描述。
在S510，振盪器300回應於第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK藉由將電容器COSC 充電及放電而產生具有第一頻率的內部脈衝信號FOSC.I （或第一脈衝信號），以執行振盪操作。
在S520，振盪器300基於內部脈衝信號FOSC.I 產生具有第二頻率的輸出脈衝信號FOSC.F （或第二脈衝信號），該第一頻率比第二頻率高N倍，內部脈衝信號FOSC.I 的N個循環對應於輸出脈衝信號FOSC.F 的一個循環，N係正整數。
在S530，當BCM結束偵測信號SBCM.END 及第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 停用時，振盪器300藉由產生第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK以撤銷啟動振盪器300之電容器COSC 的充電及放電而暫停振盪操作，第(N-j)脈衝偵測信號係藉由偵測內部脈衝信號FOSC.I 的N個循環之中的內部脈衝信號FOSC.I 之第(N-j)循環而產生。
在S540，當BCM結束偵測信號SBCM.END 經停用時，振盪器300藉由產生用於啟動電容器COSC 的充電及放電操作之一者的第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK而恢復振盪操作。
圖6係繪示根據實施例之振盪暫停方法的流程圖。圖6的振盪暫停方法將參考圖3描述。
在S610，振盪器300接收經啟用至第一邏輯位準（例如，高位準）的BCM結束偵測信號SBCM.END 。
在S620，振盪器300回應於藉由1/N分頻器350產生為具有第一邏輯位準的第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 而啟動振盪暫停操作。在輸出脈衝信號FOSC.F 變化至高位準後，第(N-j)脈衝信號FOSC.H 係藉由偵測從RS正反器340輸出之內部脈衝信號FOSC.I 的第(N-j)循環而產生。
在S630，在BCM結束偵測信號SBCM.END 於第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 係產生以具有第一邏輯位準之後維持第一邏輯位準的同時，振盪器300執行振盪暫停操作。在BCM結束偵測信號SBCM.END 及第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 二者經啟用至第一邏輯位準的振盪暫停操作期間，振盪器300產生第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK以撤銷啟動電容器COSC 的充電及放電操作二者，使得內部脈衝信號FOSC.I 及輸出脈衝信號FOSC.F 維持彼等的先前邏輯位準而不振盪。
在S640，振盪器300接收經停用至第二邏輯位準（例如，低位準）的BCM結束偵測信號SBCM.END 。
在S650，振盪器300撤銷啟動振盪暫停操作，並回應於經停用的BCM結束偵測信號SBCM.END 而恢復振盪操作，且因此內部脈衝信號FOSC.I 及輸出脈衝信號FOSC.F 正常地振盪。尤其，當振盪暫停操作經撤銷啟動時，第一開關控制信號SRC及第二開關控制信號SNK的一者係取決於內部脈衝信號FOSC.I 的先前邏輯位準而啟用，且因此恢復振盪操作。
當第(N-j)脈衝偵測信號FOSC.H 在BCM結束偵測信號SBCM.END 經啟用的同時產生時，振盪器300執行圖5的上述振盪暫停操作，從而防止PWM控制器進入CCM。
本揭示的實施例包括電子裝置（諸如一或多個封裝半導體裝置），其等經組態以執行本文所述操作之一或多者。然實施例並非受限於此。
A1.一種操作用於一脈衝寬度調變(PWM)控制器之一振盪器的方法，該方法包含： 回應於控制信號藉由將一電容器充電及放電而產生一第一脈衝信號，以執行一振盪操作； 基於該第一脈衝信號產生一第二脈衝信號，該第二脈衝信號具有比該第一脈衝信號低的一頻率； 藉由產生該等控制信號以撤銷啟動該振盪器之該電容器的該充電及放電而暫停該振盪操作；及 藉由產生用於啟動該電容器的該充電及放電操作之一者的該等控制信號而恢復該振盪操作。
A2.如A1之方法，其中該PWM控制器利用一邊界傳導模式(BCM)控制演算法， 其中該等控制信號基於該第一脈衝信號、一BCM結束偵測信號、及一脈衝偵測信號產生，且 其中該BCM結束偵測信號係在包括該PWM控制器之一裝置的一輸出電壓導通時啟用，並在經耦接至該裝置之一負載的一儲存能量係零時停用。
A3.如A2之方法，其中該振盪操作在該BCM結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時暫停，且 其中該振盪操作在該BCM結束偵測信號經停用時恢復， 其中該脈衝偵測信號係由該振盪器的一分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號之一第(N-j)循環而產生，且 其中N及j係正整數，該N大於j。
B1.一種利用一邊界傳導模式(BCM)控制演算法的脈衝寬度調變(PWM)控制器，其包含： 一邏輯部分，其經組態以產生一BCM結束偵測信號；及 一振盪器，其經組態以執行一振盪操作以產生具有一第一頻率的一第一脈衝信號、基於該第一脈衝信號執行一1/N分頻操作以產生具有在一目標頻率範圍中變化之一第二頻率的一第二脈衝信號、及基於該BCM結束偵測信號及一第(N-j)脈衝偵測信號執行用於暫停該振盪操作的一振盪暫停操作，j係小於N的一正整數， 其中該第一頻率比該第二頻率高N倍，且 其中該振盪器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中該第一脈衝信號的一第(N-j)循環而產生第(N-j)脈衝偵測信號。
B2.如B1之PWM控制器，其中該BCM結束偵測信號係在包括該PWM控制器之一裝置的一輸出電壓導通時啟用，並在經耦接至該裝置之一負載的一儲存能量係零時停用。
B3.如B1之PWM控制器，其中該振盪暫停操作在該BCM結束偵測信號及該第(N-j)脈衝偵測信號二者經啟用時啟動，並在該BCM結束偵測信號經停用時撤銷啟動。 B4.如B1之PWM控制器，其中該振盪器包含： 一振盪電路，其包括一電容器，並經組態以藉由使用一流出電流及一流入電流將該電容器充電及放電而產生該第一脈衝信號，該第一脈衝信號的該第一頻率對應於該電容器的一充電或放電速度； 一1/N分頻器，其經組態以執行該1/N分頻操作以產生該第二脈衝信號；及 一振盪控制電路，其經耦接在該振盪電路與該1/N分頻器之間，並經組態以藉由基於該第一脈衝信號、該BCM結束偵測信號、及該(N-j)個脈衝偵測信號控制該電容器的該充電及放電操作而控制該振盪操作及該振盪暫停操作， 其中該1/N分頻器進一步產生該(N-j)個脈衝偵測信號。
B5.如B4之PWM控制器，其中該振盪控制電路包含： 一狀態機，其接收作為輸入信號的該BCM結束偵測信號、該第(N-j)脈衝偵測信號、及該第一脈衝信號，並基於該等輸入信號產生該等控制信號及一中間脈衝信號，該中間脈衝信號對應於該第一脈衝信號並輸入至該1/N分頻器。
B6.如B4之PWM控制器，其中該振盪控制電路包含： 一反及閘，其接收該BCM結束偵測信號及該第(N-j)脈衝偵測信號； 一及閘，其接收該第一脈衝信號及該反及閘的一輸出信號，並產生該等控制信號之一第二者；及 一或閘，其接收該第一脈衝信號及該反及閘之該輸出信號的一反相信號，並產生該等控制信號的一第一者， 其中該第一控制信號對應於輸入至該1/N分頻器的一中間脈衝信號。
雖然本發明已經結合目前被認為是實際實施例之內容進行描述，但實施例不限於所揭示之實施例，而相反，可包括隨附申請專利範圍之精神及範疇內所包括的修改及等效配置。一程序中所描述之操作次序係說明性的，且一些操作可重新排序。此外，二或更多個實施例可相組合。
100‧‧‧積體電路/積體電路裝置/電力轉換器 110‧‧‧PWM控制器 111‧‧‧ 邏輯部分 113‧‧‧振盪器 130‧‧‧負載 200‧‧‧鋸齒波振盪器/振盪器 210‧‧‧三角脈衝產生電路 211‧‧‧流出電流源 213‧‧‧流入電流源 220‧‧‧第一比較器 230‧‧‧第二比較器 240‧‧‧RS正反器 300‧‧‧振盪器 310‧‧‧三角脈衝產生電路 320‧‧‧第一比較器 330‧‧‧第二比較器 340‧‧‧RS正反器 350‧‧‧1/N分頻器 360‧‧‧振盪控制電路 360-1‧‧‧反及閘 360-2‧‧‧及閘 360-3‧‧‧或閘 360-4‧‧‧反相器 +‧‧‧正輸入端子/正端子 -‧‧‧負輸入端子/負端子 A‧‧‧時間時期 COSC‧‧‧電容器 FOSC‧‧‧脈衝信號 /FOSC‧‧‧反相信號/反相脈衝信號 FOSC.F‧‧‧輸出脈衝信號 FOSC.H‧‧‧第(N-j)脈衝偵測信號/脈衝信號 FOSC.I‧‧‧內部脈衝信號 FOSC.IN‧‧‧中間脈衝信號 IOSC‧‧‧振盪電流 ISNK‧‧‧流入電流 ISNK1‧‧‧流入電流 ISRC‧‧‧流出電流 ISRC1‧‧‧流出電流 N‧‧‧正整數 Q‧‧‧第一輸出端子
Figure 02_image004
‧‧‧第二輸出端子 R‧‧‧重設輸入端子 S‧‧‧設定輸入端子 S510‧‧‧步驟 S520‧‧‧步驟 S530‧‧‧步驟 S540‧‧‧步驟 S610‧‧‧步驟 S620‧‧‧步驟 S630‧‧‧步驟 S640‧‧‧步驟 S650‧‧‧步驟 SAW‧‧‧三角脈衝信號 SBCM.END‧‧‧BCM結束偵測信號 SNK‧‧‧第二開關控制信號 SRC‧‧‧第一開關控制信號 SW1‧‧‧第一開關 SW2‧‧‧第二開關 T1‧‧‧時間點 T2‧‧‧時間點 Vin‧‧‧輸入電壓 VOUT‧‧‧輸出電壓 VREF1‧‧‧第一參考電壓 VREF2‧‧‧第二參考電壓
在隨附圖式中，類似的元件符號在個別視圖，連同下文的實施方式各處均指向等同的或功能上相似的元件，並併入且形成本說明書的一部分以進一步說明包括所請發明之概念的實施例並解釋該等實施例的各種原理及優點。 圖1繪示根據實施例之包括振盪器的積體電路裝置。 圖2繪示典型鋸齒波振盪器。 圖3繪示根據實施例的振盪器。 圖4係繪示根據實施例之圖3的振盪器之操作的時序圖。 圖5係繪示根據實施例的振盪器之操作的流程圖。 圖6係繪示根據實施例之振盪暫停方法的流程圖。
300‧‧‧振盪器
310‧‧‧三角脈衝產生電路
320‧‧‧第一比較器
330‧‧‧第二比較器
340‧‧‧RS正反器
350‧‧‧1/N分頻器
360‧‧‧振盪控制電路
360-1‧‧‧反及閘
360-2‧‧‧及閘
360-3‧‧‧或閘
360-4‧‧‧反相器
COSC‧‧‧電容器
FOSC.F‧‧‧輸出脈衝信號
FOSC.H‧‧‧第(N-j)脈衝偵測信號/脈衝信號
FOSC.I‧‧‧內部脈衝信號
FOSC.IN‧‧‧中間脈衝信號
ISNK1‧‧‧流入電流
ISRC1‧‧‧流出電流
Q‧‧‧第一輸出端子
Figure 107138934-A0304-11-0002-7
‧‧‧第二輸出端子
R‧‧‧重設輸入端子
S‧‧‧設定輸入端子
SAW‧‧‧三角脈衝信號
SBCM.END‧‧‧BCM結束偵測信號
SNK‧‧‧第二開關控制信號
SRC‧‧‧第一開關控制信號
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
VREF1‧‧‧第一參考電壓
VREF2‧‧‧第二參考電壓

Claims (9)

  1. 一種用於一脈衝寬度調變控制器的振盪器，其包含：一振盪電路，其包括一電容器，並經組態以藉由將該電容器充電及放電而產生一第一脈衝信號；一分頻器，其經組態以基於該第一脈衝信號產生一第二脈衝信號，該第二脈衝信號具有比該第一脈衝信號低的一頻率；及一振盪控制電路，其經耦接至該振盪電路及該分頻器，並經組態以產生用於在一振盪暫停操作期間暫停該電容器之該充電及放電的控制信號，其中該脈衝寬度調變控制器利用一邊界傳導模式控制演算法，且其中該振盪控制電路基於該第一脈衝信號、一邊界傳導模式結束偵測信號、及一脈衝偵測信號產生該等控制信號。
  2. 如請求項1之振盪器，其中該邊界傳導模式結束偵測信號係在包括該脈衝寬度調變控制器之一裝置的一輸出電壓導通時啟用，並在經耦接至該裝置之一負載的一儲存能量係零時停用。
  3. 如請求項1之振盪器，其中該振盪暫停操作係在該邊界傳導模式結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，且在該邊界傳導模式結束偵測信號經停用時撤銷啟動，其中該分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號之一第(N-j)循環而產生該脈衝 偵測信號，且其中N及j係正整數，該N大於j。
  4. 如請求項1之振盪器，其中該振盪控制電路包含：一狀態機，其接收作為輸入信號的該邊界傳導模式結束偵測信號、該脈衝偵測信號、及該第一脈衝信號，並基於該等輸入信號產生該等控制信號及一中間脈衝信號，該中間脈衝信號對應於該第一脈衝信號並輸入至該分頻器。
  5. 如請求項1之振盪器，其中該振盪暫停操作係在該邊界傳導模式結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，且在該邊界傳導模式結束偵測信號經停用時撤銷啟動，其中該分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號之一第(N-j)循環而產生該脈衝偵測信號，其中N及j係正整數，該N大於j，且其中該脈衝偵測信號係在該第一脈衝信號之該第(N-j)循環的一上升邊緣或一下降邊緣處啟用。
  6. 如請求項1之振盪器，其中該振盪電路包含：一三角脈衝產生電路，其經組態以回應於來自該振盪控制電路的該等控制信號而執行該電容器的一充電或放電操作，及產生一三角脈衝信號； 一第一比較器，其經組態以在一正輸入端子處接收該三角脈衝信號，及在一負輸入端子處接收一第一參考電壓；一第二比較器，其經組態以在一正輸入端子處接收一第二參考電壓，及在一負輸入端子處接收該三角脈衝信號；及一RS正反器，其經組態以在一設定輸入端子處接收該第一比較器的一輸出信號、在一重設輸入端子處接收該第二比較器的一輸出信號、及輸出該第一脈衝信號，其中該第一參考電壓及該第二參考電壓判定該三角脈衝信號的一擺動寬度。
  7. 如請求項6之振盪器，其中該三角脈衝產生電路包含：該電容器；一第一開關，其經耦接至該電容器，並經組態以回應於該等控制信號的一第一者而以一流出電流將該電容器充電；及一第二開關，其經耦接至該電容器，並經組態以回應於該等控制信號之一第二者而以一流入電流將該電容器放電，其中該振盪控制電路產生該第一控制信號及第二控制信號以在該振盪暫停操作期間斷開該第一開關及該第二開關。
  8. 如請求項1之振盪器，其中該第二脈衝信號的該頻率在該振盪器的一目標頻率範圍內，其中該振盪暫停操作係在該邊界傳導模式結束偵測信號及該脈衝偵測信號經啟用時啟動，且在該邊界傳導模式結束偵測信號經停用時撤銷啟 動，其中該分頻器藉由偵測對應於該第二脈衝信號的一個循環之該第一脈衝信號的N個循環之中的該第一脈衝信號之一第(N-j)循環而產生該脈衝偵測信號，其中N及j係正整數，該N大於j，且其中該N係藉由該目標頻率範圍中的一最小頻率判定。
  9. 如請求項8之振盪器，其中該j隨著該N增加而增加。
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