TWI767852B - 藉雙重切換達到軟性切換之切換式電源電路及其控制電路 - Google Patents

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Abstract

一種切換式電源電路包括：第一開關、第二開關；電感器，耦接於第一開關與第二開關；及控制電路，用以控制第一開關及第二開關；其中控制電路控制第一開關導通一導通時段，於導通時段後，控制第一開關與第二開關皆不導通一第一暫停時段，於第一暫停時段後，控制第二開關導通一同步整流時段，於同步整流時段後，控制第一開關與第二開關皆不導通一第二暫停時段，於第二暫停時段後，控制第二開關導通一零電壓切換脈波時段，於零電壓切換脈波時段後，控制第一開關與第二開關皆不導通一第三暫停時段，藉此於第三暫停時段使第一開關達成軟性切換。

Description

藉雙重切換達到軟性切換之切換式電源電路及其控制電路
本發明係有關於切換式電源電路及其控制電路，特別是有關於藉由雙重切換達到軟性切換之切換式電源電路及其控制電路。
圖1係顯示一習知之降壓型切換轉換器之相關訊號之波形圖。如圖1所示，於時點t0~時點t1的導通時段期間，此習知降壓型切換轉換器之控制電路控制上橋開關導通。於時點t1~時點t2的暫停時段期間，控制電路控制上橋開關及下橋開關皆不導通。於時點t2~時點t3的同步整流時段期間，控制電路控制下橋開關導通。於時點t3~時點t4的暫停時段期間，控制電路控制上橋開關及下橋開關皆不導通。於時點t4~時點t5的下一週期之導通時段期間，控制電路控制上橋開關導通。
圖1的先前技術，其缺點在於，如圖1之箭頭所指處所表示，下一週期的上橋開關導通時(時點t4)，由於切換節點電壓並不等於輸入電壓之大小，亦即，上橋開關之跨壓(亦即，汲-源極電壓)並非為0，如此當輸入電壓較高或切換頻率較高時將導致較高的功率損失。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種藉由雙重切換達到軟性切換之切換式電源電路及其中之控制電路。
於一觀點中，本發明提供了一種切換式電源電路，其包括：一第一開關、一第二開關；一電感器，耦接於該第一開關與該第二開關，其中該電感器與該第一開關的一寄生電容器與該第二開關的一寄生電容器形成一諧振槽；以及一控制電路，用以控制該第一開關及該第二開關；其中該控制電路控制該第一開關導通一導通時段，於該導通時段後，控制該第一開關與該第二開關皆不導通一第一暫停時段，於該第一暫停時段後，控制該第二開關導通一同步整流時段，於該同步整流時段後，控制該第一開關與該第二開關皆不導通一第二暫停時段，於該第二暫停時段後，控制該第二開關導通一零電壓切換脈波時段，於該零電壓切換脈波時段後，控制該第一開關與該第二開關皆不導通一第三暫停時段，藉此於該第三暫停時段使該第一開關達成軟性切換。
於另一觀點中，本發明提供了一種控制電路，用以控制一切換式電源電路，該切換式電源電路包括：一第一開關；一第二開關；一電感器，耦接於該第一開關與該第二開關，其中該電感器與該第一開關的一寄生電容器與該第二開關的一寄生電容器形成一諧振槽；以及該控制電路，其中該控制電路包括：一第一控制單元，用以控制該第一開關；一第二控制單元，用以控制該第二開關；其中該第一控制單元控制該第一開關導通一導通時段，於該導通時段後，該第一控制單元控制該第一開關不導通一第一暫停時段且該第二控制單元控制該第二開關不導通該第一暫停時段，於該第一暫停時段後，該第二控制單元控制該第二開關導通一同步整流時段，於該同步整流時段後，該第一控制單元控制該第一開關不導通一第二暫停時段且該第二控制單元控制該第二開關不導通該第二暫停時段，於該第二暫停時段後，該第二控制單元控制該第二開關導通一零電壓切換脈波時段，於該零電壓切換脈波時段後，該第一控制單元控制該第一開關不導通一第三暫停時段且該第二控制單元控制該第二開關不導通該第三暫停時段，藉此於該第三暫停時段使該第一開關達成軟性切換。
於一實施例中，於該第三暫停時段後，該控制電路控制該第一開關導通該導通時段而達成軟性切換。
於一實施例中，該同步整流時段根據一去磁訊號而決定，其中該去磁訊號用以示意該電感器之去磁。
於一實施例中，於該導通時段中，於該電感器產生一正電流。
於一實施例中，該零電壓切換脈波時段中，於該電感器產生一負電流。
於一實施例中，該第二暫停時段相關於該諧振槽的一諧振週期。
於一實施例中，該第二暫停時段等於該諧振週期的整數倍，使得該第二開關於該零電壓切換脈波時段導通時達成該第二開關的軟性切換。
於一實施例中，該第二暫停時段為可調，進而使得該第一開關的一切換週期為可調。
於一實施例中，該控制電路控制該第一開關及該第二開關操作於一不連續導通模式。
於一實施例中，該切換式電源電路係為一降壓型切換轉換器、一升壓型切換轉換器或一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源。
於一實施例中，當該切換式電源電路係為一降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該降壓型切換轉換器包括：一上橋開關，耦接於該輸入電源與一切換節點之間；以及一下橋開關，耦接於該切換節點與一接地電位之間；其中該電感器耦接於該切換節點與該輸出電源之間；其中該第一開關包括該上橋開關，其中該第二開關包括該下橋開關；其中該第一暫停時段係為該上橋開關轉為不導通與該下橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該下橋開關轉為不導通與該上橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
於一實施例中，當該切換式電源電路係為一升壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升壓型切換轉換器包括：一上橋開關，耦接於該輸出電源與一切換節點之間；以及一下橋開關，耦接於該切換節點與一接地電位之間；其中該電感器耦接於該切換節點與該輸入電源之間；其中該第一開關包括該下橋開關，其中該第二開關包括該上橋開關；其中該第一暫停時段係為該下橋開關轉為不導通與該上橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該上橋開關轉為不導通與該下橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
於一實施例中，當該切換式電源電路係為一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升降壓型切換轉換器包括：一降壓上橋開關，耦接於該輸入電源與一第一切換節點之間；一降壓下橋開關，耦接於該第一切換節點與一接地電位之間；一升壓下橋開關，耦接於一第二切換節點與該接地電位之間；以及一升壓上橋開關，耦接於該第二切換節點與該輸出電源之間；其中該電感器耦接於該第一切換節點與該第二切換節點之間；其中該第一開關與該第二開關分別係為該降壓上橋開關及該降壓下橋開關；其中該第一暫停時段係為該降壓上橋開關轉為不導通與該降壓下橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該降壓下橋開關轉為不導通與該降壓上橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
於一實施例中，當該切換式電源電路係為一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升降壓型切換轉換器包括：一降壓上橋開關，耦接於該輸入電源與一第一切換節點之間；一降壓下橋開關，耦接於該第一切換節點與一接地電位之間；一升壓下橋開關，耦接於一第二切換節點與該接地電位之間；以及一升壓上橋開關，耦接於該第二切換節點與該輸出電源之間；其中該電感器耦接於該第一切換節點與該第二切換節點之間；其中該第一開關與該第二開關分別係為該升壓下橋開關及該升壓上橋開關；其中該第一暫停時段係為該升壓下橋開關轉為不導通與該升壓上橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該升壓上橋開關轉為不導通與該升壓下橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
本發明之優點係為本發明藉由在操作成降壓時於一切換週期期間對下橋開關進行雙重切換及負電感電流而達到上橋開關之軟性切換，且本發明藉由在操作成升壓時於一切換週期期間對上橋開關進行雙重切換及負電感電流而達到下橋開關之軟性切換，進而達到改善切換效率及減少切換損耗，且無需額外的元件來達成軟性切換。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
圖2係根據本發明之一實施例顯示切換式電源電路之電路方塊示意圖。如圖2所示，本發明之切換式電源電路100包括第一開關Q1、第二開關Q2、電感器L及控制電路10。電感器L、第一開關Q1與第二開關Q2共同耦接於切換節點SW。控制電路10用以控制第一開關Q1及第二開關Q2。控制電路10包括控制單元11以及控制單元12。控制單元11用以控制第一開關Q1，而控制單元12用以控制第二開關Q2，以切換電感器L與輸入電源Vin、輸出電源Vout與接地電位之間的耦接關係，藉此達成切換式電源轉換。在一實施例中，控制單元11及控制單元12分別控制第一開關Q1及第二開關Q2操作於不連續導通模式。於一實施例中，切換式電源電路100例如為降壓型切換轉換器、升壓型切換轉換器或升降壓型切換轉換器，用以轉換輸入電源Vin而產生輸出電源Vout。
圖3及圖4係根據本發明之一實施例顯示降壓型切換轉換器之電路示意圖及相關訊號之訊號波形示意圖。切換節點SW1的電壓Vsw1、控制訊號UG1、控制訊號LG1、電感電流IL係顯示於圖4中。圖3係為圖2實施對應為降壓型切換轉換器之實施例。如圖3所示，於此實施例中，降壓型切換轉換器200之第一開關例如對應為上橋開關QU1，降壓型切換轉換器200之第二開關例如對應為下橋開關QL1。上橋開關QU1耦接於輸入電源Vin與切換節點SW1之間，而下橋開關QL1耦接於切換節點SW1與接地電位之間。電感器L耦接於切換節點SW1與輸出電源Vout之間。如圖3所示，電感器L與上橋開關QU1的寄生電容器Cpu1與下橋開關QL1的寄生電容器Cpl1形成諧振槽。控制電路102包括控制單元112及控制單元122。控制單元112用以產生控制訊號UG1，而控制單元122用以產生控制訊號LG1。控制訊號UG1及LG1分別用以控制上橋開關QU1及下橋開關QL1，以使切換節點SW1於輸入電源Vin與接地電位之間切換。
請同時參照圖3及圖4，於導通時段Ton期間(時點t0~t1)，控制單元112控制上橋開關QU1導通。於導通時段Ton後之暫停時段Tp1期間，控制單元112控制上橋開關QU1不導通，且控制單元122控制下橋開關QL1不導通。於暫停時段Tp1後之同步整流時段Tsr期間，控制單元122控制下橋開關QL1導通。於同步整流時段Tsr後之暫停時段Tp2期間，控制單元112控制上橋開關QU1不導通且控制單元122控制下橋開關QL1不導通。於本實施例及其他實施例中，當輸出負載降低時，暫停時段Tp2可加以延長。需說明的是，所述的「輸出負載降低」係指例如由輸出電源所供電的負載，其所耗用之功率或耗用之電流降低。
於暫停時段Tp2後之零電壓切換脈波時段Tzp期間，控制單元122控制下橋開關QL1導通。於零電壓切換脈波時段Tzp後之暫停時段Tp3期間，控制單元112控制上橋開關QU1不導通且控制單元122控制下橋開關QL1不導通，藉此於暫停時段Tp3使上橋開關QU1達成軟性切換。例如，於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，控制單元112控制上橋開關QU1導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp1係為上橋開關QU1轉為不導通與下橋開關QL1轉為導通之間的空滯時間，暫停時段Tp3係為下橋開關QL1轉為不導通與上橋開關QU1轉為導通之間的空滯時間。於一實施例中，如圖3及圖4所示，同步整流時段Tsr根據去磁訊號Sdm而決定，其中去磁訊號Sdm用以示意電感器L之去磁。於一實施例中，去磁訊號Sdm例如根據電感電流IL而獲得。
如圖4所示，於導通時段Ton期間(時點t0~t1)，電感電流IL為正電流且逐漸增大，接著，於同步整流時段Tsr期間，電感電流IL仍為正電流但逐漸降低，於暫停時段Tp2期間電感電流IL為0，切換節點SW1的電壓Vsw1開始基於前述諧振槽的諧振頻率而諧振，於一實施例中，如圖4所示，暫停時段Tp2相關於諧振槽的一諧振週期。於一較佳實施例中，暫停時段Tp2等於諧振週期之整數倍，使得下橋開關QL1於零電壓切換脈波時段Tzp轉為導通時，達成下橋開關QL1的軟性切換。接著，於零電壓切換脈波時段Tzp期間，電感電流IL建立為負電流。接著，於暫停時段Tp3期間，負的電感電流IL對切換節點SW1上的寄生電容器Cpu1, Cpl1充電，且上橋開關QU1的本體二極體導通，因而使得切換節點SW1的電壓Vsw1上升至輸入電源Vin的電壓位準加上上橋開關QU1的本體二極體的導通電壓，換言之，上橋開關QU1的汲-源極電壓大幅降低而接近於0，進而於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，上橋開關QU1導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp2為可調，例如但不限於可為諧振週期之1、 2 或3倍，進而使得第一開關例如上橋開關QU1的一切換週期為可調。
圖5及圖6係根據本發明之另一實施例顯示升壓型切換轉換器之電路示意圖及相關訊號之訊號波形示意圖。切換節點SW2的電壓Vsw2、控制訊號UG2、控制訊號LG2、電感電流IL係顯示於圖6中。圖5係為圖2實施對應為升壓型切換轉換器之實施例。如圖5所示，於此實施例中，升壓型切換轉換器300之第一開關例如對應為下橋開關QL2，升壓型切換轉換器300之第二開關例如對應為上橋開關QU2。上橋開關QU2耦接於輸出電源Vout與切換節點SW2之間，而下橋開關QL2耦接於切換節點SW2與接地電位之間。電感器L耦接於切換節點SW2與輸入電源Vin之間。如圖5所示，電感器L與上橋開關QU2的寄生電容器Cpu2與下橋開關QL2的寄生電容器Cpl2形成諧振槽。控制電路104包括控制單元114及控制單元124。控制單元114用以產生控制訊號LG2，而控制單元124用以產生控制訊號UG2。控制訊號UG2及LG2分別用以控制上橋開關QU2及下橋開關QL2，以使切換節點SW2於輸出電源Vout與接地電位之間切換。
請同時參照圖5及圖6，於導通時段Ton期間，控制單元114控制下橋開關QL2導通。於導通時段Ton後之暫停時段Tp1期間，控制單元114控制下橋開關QL2不導通，且控制單元124控制上橋開關QU2不導通。於暫停時段Tp1後之同步整流時段Tsr期間，控制單元124控制上橋開關QU2導通。於同步整流時段Tsr後之暫停時段Tp2期間，控制單元114控制下橋開關QL2不導通，且控制單元124控制上橋開關QU2不導通。
於暫停時段Tp2後之零電壓切換脈波時段Tzp期間，控制單元124控制上橋開關QU2導通。於零電壓切換脈波時段Tzp後之暫停時段Tp3期間，控制單元114控制下橋開關QL2不導通，且控制單元124控制上橋開關QU2不導通，藉此於暫停時段Tp3使下橋開關QL2達成軟性切換。例如，於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，控制單元114控制下橋開關QL2導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp1係為下橋開關QL2轉為不導通與上橋開關QU2轉為導通之間的空滯時間，暫停時段Tp3係為上橋開關QU2轉為不導通與下橋開關QL2轉為導通之間的空滯時間。於一實施例中，如圖5及圖6所示，同步整流時段Tsr根據去磁訊號Sdm而決定，其中去磁訊號Sdm用以示意電感器L之去磁。於一實施例中，去磁訊號Sdm例如根據電感電流IL而獲得。
如圖6所示，於導通時段Ton中，電感電流IL為正電流且逐漸增大，接著，於同步整流時段Tsr期間，電感電流IL仍為正電流但逐漸降低，於暫停時段Tp2期間電感電流IL為0，切換節點SW2的電壓Vsw2開始基於前述諧振槽的諧振頻率而諧振，於一實施例中，如圖6所示，暫停時段Tp2相關於諧振槽的一諧振週期。於一較佳實施例中，暫停時段Tp2等於諧振週期之整數倍，使得第二開關例如上橋開關QU2於零電壓切換脈波時段Tzp導通時達成第二開關例如上橋開關QU2的軟性切換。接著，於零電壓切換脈波時段Tzp期間，電感電流IL建立為負電流。接著，於暫停時段Tp3期間，負的電感電流IL對切換節點SW2上的寄生電容器Cpu2, Cpl2放電，且下橋開關QL2的本體二極體導通，因而使得切換節點SW2的電壓Vsw2下降至接地電位減去下橋開關QL2的本體二極體的導通電壓，換言之，下橋開關QL2的汲-源極電壓大幅降低而接近於0，進而於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，下橋開關QL2導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp2為可調，例如但不限於可為諧振週期之1、 2 或3倍，進而使得第一開關例如下橋開關QL2的一切換週期為可調。
圖7、圖8及圖9係根據本發明之實施例顯示升降壓型切換轉換器之電路方塊示意圖及相關訊號之訊號波形示意圖。一實施例的切換節點SW1的電壓Vsw1、控制訊號UG1、控制訊號LG1、電感電流IL係顯示於圖8中。一實施例的切換節點SW2的電壓Vsw2、控制訊號UG2、控制訊號LG2、電感電流IL係顯示於圖9中。圖7係為圖2實施對應為升降壓型切換轉換器之實施例。如圖7所示，降壓上橋開關QA耦接於輸入電源Vin與切換節點SW1之間，而降壓下橋開關QB耦接於切換節點SW1與接地電位之間。升壓下橋開關QC耦接於切換節點SW2與接地電位之間，而升壓上橋開關QD耦接於切換節點SW2與輸出電源Vout之間。電感器L耦接於切換節點SW1與切換節點SW2之間。
於一實施例中，當升降壓型切換轉換器400實施為降壓時(亦即輸出電源Vout的電壓低於輸入電源Vin的電壓)，升降壓型切換轉換器400之第一開關對應為降壓上橋開關QA，升降壓型切換轉換器400之第二開關對應為降壓下橋開關QB。如圖7所示，電感器L與降壓上橋開關QA的寄生電容器Cpa與降壓下橋開關QB的寄生電容器Cpb形成諧振槽。控制電路106包括控制單元116A及控制單元126B。控制單元116A用以產生控制訊號UG1，而控制單元126B用以產生控制訊號LG1。控制訊號UG1及LG1分別用以控制降壓上橋開關QA及降壓下橋開關QB，以使切換節點SW1於輸入電源Vin與接地電位之間切換。
請同時參照圖7及圖8，於導通時段Ton期間(時點t0~t1)，控制單元116A控制降壓上橋開關QA導通。於導通時段Ton後之暫停時段Tp1期間，控制單元116A控制降壓上橋開關QA不導通，且控制單元126B控制降壓下橋開關QB不導通。於暫停時段Tp1後之同步整流時段Tsr期間，控制單元126B控制降壓下橋開關QB導通。於同步整流時段Tsr後之暫停時段Tp2期間，控制單元116A控制降壓上橋開關QA不導通，且控制單元126B控制降壓下橋開關QB不導通。
於暫停時段Tp2後之零電壓切換脈波時段Tzp期間，控制單元126B控制降壓下橋開關QB導通。於零電壓切換脈波時段Tzp後之暫停時段Tp3期間，控制單元116A控制降壓上橋開關QA不導通且控制單元126B控制降壓下橋開關QB不導通，藉此於暫停時段Tp3使降壓上橋開關QA達成軟性切換。例如，於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，控制單元116A控制降壓上橋開關QA導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp1係為降壓上橋開關QA轉為不導通與降壓下橋開關QB轉為導通之間的空滯時間，暫停時段Tp3係為降壓下橋開關QB轉為不導通與降壓上橋開關QA轉為導通之間的空滯時間。
如圖8所示，於導通時段Ton期間(時點t0~t1)，電感電流IL為正電流且逐漸增大，接著，於同步整流時段Tsr期間，電感電流IL仍為正電流但逐漸降低，於暫停時段Tp2期間電感電流IL為0，切換節點SW1的電壓Vsw1開始基於前述諧振槽的諧振頻率而諧振，於一實施例中，如圖8所示，暫停時段Tp2相關於諧振槽的一諧振週期。於一較佳實施例中，暫停時段Tp2等於諧振週期之整數倍，使得第二開關例如降壓下橋開關QB於零電壓切換脈波時段Tzp導通時達成第二開關例如降壓下橋開關QB的軟性切換。接著，於零電壓切換脈波時段Tzp期間，電感電流IL建立為負電流。接著，於暫停時段Tp3期間，負的電感電流IL對切換節點SW1上的寄生電容器Cpa, Cpb充電，且降壓上橋開關QA的本體二極體導通，因而使得切換節點SW1的電壓Vsw1上升至輸入電源Vin的電壓位準加上降壓上橋開關QA的本體二極體的導通電壓，換言之，降壓上橋開關QA的汲-源極電壓大幅降低而接近於0，進而於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，降壓上橋開關QA導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp2為可調，例如但不限於可為諧振週期之1、 2 或3倍，進而使得第一開關例如降壓上橋開關QA的一切換週期為可調。
於另一實施例中，當升降壓型切換轉換器400實施為升壓時(亦即輸出電源Vout的電壓高於輸入電源Vin的電壓)，升降壓型切換轉換器400之第一開關對應為升壓下橋開關QC，升降壓型切換轉換器400之第二開關對應為升壓上橋開關QD。如圖7所示，電感器L與升壓上橋開關QD的寄生電容器Cpd與升壓下橋開關QC的寄生電容器Cpc形成諧振槽。控制電路106包括控制單元116C及控制單元126D。控制單元116C用以產生控制訊號LG2，而控制單元126D用以產生控制訊號UG2。控制訊號UG2及LG2分別用以控制升壓上橋開關QD及升壓下橋開關QC，以使切換節點SW2於輸出電源Vout與接地電位之間切換。
請同時參照圖7及圖9，於導通時段Ton期間(時點t0~t1)，控制單元116C控制升壓下橋開關QC導通。於導通時段Ton後之暫停時段Tp1期間，控制單元116C控制升壓下橋開關QC不導通，且控制單元126D控制升壓上橋開關QD不導通。於暫停時段Tp1後之同步整流時段Tsr期間，控制單元126D控制升壓上橋開關QD導通。於同步整流時段Tsr後之暫停時段Tp2期間，控制單元116C控制升壓下橋開關QC不導通且控制單元126D控制升壓上橋開關QD不導通。
於暫停時段Tp2後之零電壓切換脈波時段Tzp期間，控制單元126D控制升壓上橋開關QD導通。於零電壓切換脈波時段Tzp後之暫停時段Tp3期間，控制單元116C控制升壓下橋開關QC不導通且控制單元126D控制升壓上橋開關QD不導通，藉此於暫停時段Tp3使升壓下橋開關QC達成軟性切換。例如，於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，控制單元116C控制升壓下橋開關QC導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp1係為升壓下橋開關QC轉為不導通與升壓上橋開關QD轉為導通之間的空滯時間，暫停時段Tp3係為升壓上橋開關QD轉為不導通與升壓下橋開關QC轉為導通之間的空滯時間。於一實施例中，如圖7、圖8及圖9所示，同步整流時段Tsr根據去磁訊號Sdm而決定，其中去磁訊號Sdm用以示意電感器L之去磁。於一實施例中，去磁訊號Sdm例如根據電感電流IL而獲得。如圖9所示，於導通時段Ton中，電感電流IL為正電流且逐漸增大，接著，於同步整流時段Tsr期間，電感電流IL仍為正電流但逐漸降低，於暫停時段Tp2期間電感電流IL為0，切換節點SW2的電壓Vsw2開始基於前述諧振槽的諧振頻率而諧振，於一實施例中，如圖9所示，暫停時段Tp2相關於諧振槽的一諧振週期。於一較佳實施例中，暫停時段Tp2等於諧振週期之整數倍，使得第二開關例如升壓上橋開關QD於零電壓切換脈波時段Tzp導通時達成第二開關例如升壓上橋開關QD的軟性切換。接著，於零電壓切換脈波時段Tzp期間，電感電流IL建立為負電流。接著，於暫停時段Tp3期間，負的電感電流IL對切換節點SW2上的寄生電容器Cpd, Cpc放電，且升壓下橋開關QC的本體二極體導通，因而使得切換節點SW2的電壓Vsw2下降至接地電位減去升壓下橋開關QC的本體二極體的導通電壓，換言之，升壓下橋開關QC的汲-源極電壓大幅降低而接近於0，進而於暫停時段Tp3之結束時點(時點t6)，亦即於暫停時段Tp3後之下一週期的導通時段Ton之開始時點(時點t6)，升壓下橋開關QC導通而達成軟性切換。
於一實施例中，暫停時段Tp2為可調，例如但不限於可為諧振週期之1、 2 或3倍，進而使得第一開關例如升壓下橋開關QC的一切換週期為可調。
如上所述，本發明藉由在操作成降壓時於一切換週期期間對下橋開關進行雙重切換及負電感電流而達到上橋開關之軟性切換，且本發明藉由在操作成升壓時於一切換週期期間對上橋開關進行雙重切換及負電感電流而達到下橋開關之軟性切換，進而達到改善切換效率及減少切換損耗，且無需額外的元件來達成軟性切換。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用，舉例而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及／或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10,102,104,106:控制電路 11,12,112,114,116A,116C,122,124,126B,126D:控制單元 100:切換式電源電路 200:降壓型切換轉換器 300:升壓型切換轉換器 400:升降壓型切換轉換器 Co:輸出電容 Cpl1,Cpl2,Cpu1,Cpu2,Cpa,Cpb,Cpc,Cpd:寄生電容器 IL:電感電流 L:電感器 LG1,LG2,UG1,UG2:控制訊號 Q1:第一開關 Q2:第二開關 QL1,QL2:下橋開關 QU1,QU2:上橋開關 QA:降壓上橋開關 QB:降壓下橋開關 QC:升壓下橋開關 QD:升壓上橋開關 Sdm:去磁訊號 SW,SW1,SW2:切換節點 t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6:時點 Ton:導通時段 Tp1,Tp2,Tp3:暫停時段 Tsr:同步整流時段 Tzp:零電壓切換脈波時段 Vin:輸入電源 Vout:輸出電源 Vsw1:切換節點SW1的電壓 Vsw2:切換節點SW2的電壓
圖1係顯示一習知之降壓型切換轉換器之相關訊號之波形圖。
圖2係根據本發明之一實施例顯示切換式電源電路之電路方塊示意圖。
圖3及圖4係根據本發明之一實施例顯示降壓型切換轉換器之電路示意圖及相關訊號之訊號波形示意圖。
圖5及圖6係根據本發明之另一實施例顯示升壓型切換轉換器之電路示意圖及相關訊號之訊號波形示意圖。
圖7、圖8及圖9係根據本發明之實施例顯示升降壓型切換轉換器之電路示意圖及相關訊號之訊號波形示意圖。
IL:電感電流
LG1,UG1:控制訊號
t0,t1,t2,t3,t4,t5,t6:時點
Ton:導通時段
Tp1,Tp2,Tp3:暫停時段
Tsr:同步整流時段
Tzp:零電壓切換脈波時段
Vsw1:切換節點SW1的電壓

Claims (28)

  1. 一種切換式電源電路，包含： 一第一開關、一第二開關； 一電感器，耦接於該第一開關與該第二開關，其中該電感器與該第一開關的一寄生電容器與該第二開關的一寄生電容器形成一諧振槽；以及 一控制電路，用以控制該第一開關及該第二開關； 其中該控制電路控制該第一開關導通一導通時段，於該導通時段後，控制該第一開關與該第二開關皆不導通一第一暫停時段，於該第一暫停時段後，控制該第二開關導通一同步整流時段，於該同步整流時段後，控制該第一開關與該第二開關皆不導通一第二暫停時段，於該第二暫停時段後，控制該第二開關導通一零電壓切換脈波時段，於該零電壓切換脈波時段後，控制該第一開關與該第二開關皆不導通一第三暫停時段，藉此於該第三暫停時段使該第一開關達成軟性切換。
  2. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中於該第三暫停時段後，該控制電路控制該第一開關導通該導通時段而達成軟性切換。
  3. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中該同步整流時段根據一去磁訊號而決定，其中該去磁訊號用以示意該電感器之去磁。
  4. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中於該導通時段中，於該電感器產生一正電流。
  5. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中該零電壓切換脈波時段中，於該電感器產生一負電流。
  6. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中該第二暫停時段相關於該諧振槽的一諧振週期。
  7. 如請求項6所述之切換式電源電路，其中該第二暫停時段等於該諧振週期之整數倍，使得該第二開關於該零電壓切換脈波時段導通時達成該第二開關的軟性切換。
  8. 如請求項6所述之切換式電源電路，其中該第二暫停時段為可調，進而使得該第一開關的一切換週期為可調。
  9. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中該控制電路控制該第一開關及該第二開關操作於一不連續導通模式。
  10. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中該切換式電源電路係為一降壓型切換轉換器、一升壓型切換轉換器或一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源。
  11. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中當該切換式電源電路係為一降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該降壓型切換轉換器包括： 一上橋開關，耦接於該輸入電源與一切換節點之間；以及 一下橋開關，耦接於該切換節點與一接地電位之間； 其中該電感器耦接於該切換節點與該輸出電源之間； 其中該第一開關包括該上橋開關，其中該第二開關包括該下橋開關； 其中該第一暫停時段係為該上橋開關轉為不導通與該下橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該下橋開關轉為不導通與該上橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  12. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中當該切換式電源電路係為一升壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升壓型切換轉換器包括： 一上橋開關，耦接於該輸出電源與一切換節點之間；以及 一下橋開關，耦接於該切換節點與一接地電位之間； 其中該電感器耦接於該切換節點與該輸入電源之間； 其中該第一開關包括該下橋開關，其中該第二開關包括該上橋開關； 其中該第一暫停時段係為該下橋開關轉為不導通與該上橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該上橋開關轉為不導通與該下橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  13. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中當該切換式電源電路係為一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升降壓型切換轉換器包括： 一降壓上橋開關，耦接於該輸入電源與一第一切換節點之間； 一降壓下橋開關，耦接於該第一切換節點與一接地電位之間； 一升壓下橋開關，耦接於一第二切換節點與該接地電位之間；以及 一升壓上橋開關，耦接於該第二切換節點與該輸出電源之間； 其中該電感器耦接於該第一切換節點與該第二切換節點之間； 其中該第一開關與該第二開關分別係為該降壓上橋開關及該降壓下橋開關； 其中該第一暫停時段係為該降壓上橋開關轉為不導通與該降壓下橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該降壓下橋開關轉為不導通與該降壓上橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  14. 如請求項1所述之切換式電源電路，其中當該切換式電源電路係為一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升降壓型切換轉換器包括： 一降壓上橋開關，耦接於該輸入電源與一第一切換節點之間； 一降壓下橋開關，耦接於該第一切換節點與一接地電位之間； 一升壓下橋開關，耦接於一第二切換節點與該接地電位之間；以及 一升壓上橋開關，耦接於該第二切換節點與該輸出電源之間； 其中該電感器耦接於該第一切換節點與該第二切換節點之間； 其中該第一開關與該第二開關分別係為該升壓下橋開關及該升壓上橋開關； 其中該第一暫停時段係為該升壓下橋開關轉為不導通與該升壓上橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該升壓上橋開關轉為不導通與該升壓下橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  15. 一種控制電路，用以控制一切換式電源電路，該切換式電源電路包含： 一第一開關； 一第二開關； 一電感器，耦接於該第一開關與該第二開關，其中該電感器與該第一開關的一寄生電容器與該第二開關的一寄生電容器形成一諧振槽；以及 該控制電路，其中該控制電路包括： 一第一控制單元，用以控制該第一開關； 一第二控制單元，用以控制該第二開關； 其中該第一控制單元控制該第一開關導通一導通時段，於該導通時段後，該第一控制單元控制該第一開關不導通一第一暫停時段且該第二控制單元控制該第二開關不導通該第一暫停時段，於該第一暫停時段後，該第二控制單元控制該第二開關導通一同步整流時段，於該同步整流時段後，該第一控制單元控制該第一開關不導通一第二暫停時段且該第二控制單元控制該第二開關不導通該第二暫停時段，於該第二暫停時段後，該第二控制單元控制該第二開關導通一零電壓切換脈波時段，於該零電壓切換脈波時段後，該第一控制單元控制該第一開關不導通一第三暫停時段且該第二控制單元控制該第二開關不導通該第三暫停時段，藉此於該第三暫停時段使該第一開關達成軟性切換。
  16. 如請求項15所述之控制電路，其中於該第三暫停時段後，該第一控制單元控制該第一開關導通該導通時段而達成軟性切換。
  17. 如請求項15所述之控制電路，其中該同步整流時段根據一去磁訊號而決定，其中該去磁訊號用以示意該電感器之去磁。
  18. 如請求項15所述之控制電路，其中於該導通時段中，於該電感器產生一正電流。
  19. 如請求項15所述之控制電路，其中該零電壓切換脈波時段中，於該電感器產生一負電流。
  20. 如請求項15所述之控制電路，其中該第二暫停時段相關於該諧振槽的一諧振週期。
  21. 如請求項20所述之控制電路，其中該第二暫停時段等於該諧振週期之整數倍，使得該第二開關於該零電壓切換脈波時段導通時達成該第二開關的軟性切換。
  22. 如請求項20所述之控制電路，其中該第二暫停時段為可調，進而使得該第一開關的一切換週期為可調。
  23. 如請求項15所述之控制電路，其中該第一控制單元控制該第一開關操作於一不連續導通模式且該第二控制單元控制該第二開關操作於該不連續導通模式。
  24. 如請求項15所述之控制電路，其中該切換式電源電路係為一降壓型切換轉換器、一升壓型切換轉換器或一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源。
  25. 如請求項15所述之控制電路，其中當該切換式電源電路係為一降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該降壓型切換轉換器包括： 一上橋開關，耦接於該輸入電源與一切換節點之間；以及 一下橋開關，耦接於該切換節點與一接地電位之間； 其中該電感器耦接於該切換節點與該輸出電源之間； 其中該第一開關包括該上橋開關，其中該第二開關包括該下橋開關； 其中該第一暫停時段係為該上橋開關轉為不導通與該下橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該下橋開關轉為不導通與該上橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  26. 如請求項15所述之控制電路，其中當該切換式電源電路係為一升壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升壓型切換轉換器包括： 一上橋開關，耦接於該輸出電源與一切換節點之間；以及 一下橋開關，耦接於該切換節點與一接地電位之間； 其中該電感器耦接於該切換節點與該輸入電源之間； 其中該第一開關包括該下橋開關，其中該第二開關包括該上橋開關； 其中該第一暫停時段係為該下橋開關轉為不導通與該上橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該上橋開關轉為不導通與該下橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  27. 如請求項15所述之控制電路，其中當該切換式電源電路係為一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升降壓型切換轉換器包括： 一降壓上橋開關，耦接於該輸入電源與一第一切換節點之間； 一降壓下橋開關，耦接於該第一切換節點與一接地電位之間； 一升壓下橋開關，耦接於一第二切換節點與該接地電位之間；以及 一升壓上橋開關，耦接於該第二切換節點與該輸出電源之間； 其中該電感器耦接於該第一切換節點與該第二切換節點之間； 其中該第一開關與該第二開關分別係為該降壓上橋開關及該降壓下橋開關； 其中該第一暫停時段係為該降壓上橋開關轉為不導通與該降壓下橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該降壓下橋開關轉為不導通與該降壓上橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
  28. 如請求項15所述之控制電路，其中當該切換式電源電路係為一升降壓型切換轉換器，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該升降壓型切換轉換器包括： 一降壓上橋開關，耦接於該輸入電源與一第一切換節點之間； 一降壓下橋開關，耦接於該第一切換節點與一接地電位之間； 一升壓下橋開關，耦接於一第二切換節點與該接地電位之間；以及 一升壓上橋開關，耦接於該第二切換節點與該輸出電源之間； 其中該電感器耦接於該第一切換節點與該第二切換節點之間； 其中該第一開關與該第二開關分別係為該升壓下橋開關及該升壓上橋開關； 其中該第一暫停時段係為該升壓下橋開關轉為不導通與該升壓上橋開關轉為導通之間的一空滯時間，該第三暫停時段係為該升壓上橋開關轉為不導通與該升壓下橋開關轉為導通之間的一空滯時間。
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