TWI779997B - 固定時間升降壓切換式轉換器及調變控制電路與控制方法 - Google Patents

固定時間升降壓切換式轉換器及調變控制電路與控制方法 Download PDF

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Abstract

一種固定時間升降壓切換式轉換器，包括：功率開關電路，用以切換電感之第一端於輸入電壓與接地電位之間，且切換電感之第二端於輸出電壓與接地電位之間；以及調變控制電路，用以產生降壓斜坡訊號及升壓斜坡訊號，且根據二斜坡訊號與誤差放大訊號之比較而控制電感之切換，以轉換輸入電壓而產生輸出電壓。其中降壓斜坡訊號之平均值與升壓斜坡訊號的電壓之平均值皆等於輸出電壓與預設之比例之乘積，降壓斜坡訊號之上限及升壓斜坡訊號之下限皆為輸入電壓與預設之比例之乘積，升壓斜坡訊號的電壓大於等於降壓斜坡訊號的電壓。

Description

固定時間升降壓切換式轉換器及調變控制電路與控制方法
本發明係有關一種升降壓切換式轉換器，特別是指一種以固定時間操作之升降壓切換式轉換器。本發明也有關於用以控制升降壓切換式轉換器的調變控制電路與控制方法。
請參閱圖1A，美國專利US 6166527中揭露一種控制升降壓切換式轉換器的方法。升降壓切換式轉換器包含電感L、四個功率開關A, B, C, D，以及控制電路120。控制電路120控制四個功率開關A, B, C, D的切換，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，其中輸入電壓Vin可能高於或低於輸出電壓Vout，因此電源電路可能需要進行降壓或升壓轉換。控制電路中，誤差放大器將回授訊號FB(表示輸出電壓Vout的資訊)與參考電壓Vref比較，產生誤差放大訊號Vea。PWM(脈寬調變，pulse width modulation)比較器24, 25分別將該誤差放大訊號Vea與電壓波形VX和VY比較，而邏輯電路根據 PWM比較器24, 25的比較結果，產生控制訊號VA, VB, VC, VD，分別控制功率開關A, B, C, D。
誤差放大訊號Vea、電壓波形VX和VY、開關控制訊號VA, VB, VC, VD的關係如圖1B所示，當誤差放大訊號Vea落在電壓V1與V2之間時，電源電路進行純降壓轉換，當誤差放大訊號Vea落在電壓V2與V3之間時，電源電路進行升降壓轉換，當誤差放大訊號Vea落在電壓V3與V4之間時，電源電路進行純升壓轉換。在純降壓轉換模式時功率開關C保持斷路而功率開關D保持導通，在純升壓轉換模式時功率開關A保持導通而功率開關B保持斷路。在升降壓轉換模式時，如圖所示，係根據誤差放大訊號Vea與電壓波形VX的相對關係而產生開關控制訊號VA, VB，並根據誤差放大訊號Vea與電壓波形VY的相對關係而產生開關控制訊號VC, VD，換言之電源電路進行升壓(開關C, D動作)與降壓(開關A, B動作)之混合操作。
上述先前技術之特徵為，含有純升壓轉換模式、純降壓轉換模式，以及升降壓轉換模式，並且必須含有升降壓轉換區段，即V2必須小於V3，否則會造成系統不穩定。而在升降壓轉換模式時，任一週期內四個開關都會切換，而造成切換損失(switching loss)，使得能量耗損增加。這兩個特徵的衝突為此先前技術之主要缺點。
圖2A顯示另一先前技術美國專利US 7176667的架構，該案中利用誤差放大器22產生兩組誤差放大訊號Vea1與Vea2，擇一輸入PWM比較器24與電壓波形OSC比較。此外，電路中另設置一個固定脈寬產生電路，邏輯電路根據 PWM比較器24的輸出與固定脈寬產生電路的輸出，產生開關控制訊號VA, VB, VC, VD，分別控制功率開關A, B, C, D。
請參閱圖2B，美國專利US 7176667中分為四個轉換模式，除了純降壓轉換模式M1和純升壓轉換模式M4外，在兩者之間另設有中介降壓轉換模式M2和中介升壓轉換模式M3，在中介降壓轉換模式M2中開關控制訊號VA, VB跟隨PWM比較器24的輸出而開關控制訊號VC, VD為固定脈寬，在中介降壓轉換模式M3中開關控制訊號VC, VD跟隨PWM比較器24的輸出而開關控制訊號VA, VB為固定脈寬。
上述先前技術的缺點是，四個轉換模式的控制機制較為複雜，需要另設置固定脈寬產生電路和其他電路元件，且兩個中介轉換模式(M2和M3)表示電路操作在此區間的機會增加，而中介轉換模式中四個功率開關都動作，增加切換損失與能量耗損。
此外，先前技術美國專利US 6166527以及US 7176667皆為定頻技術，受限於固定切換頻率與頻寬的關係，該類技術之負載變化反應都會比較慢；再者，上述之先前技術在脈波頻率調變(Pulse Frequency Modulation, PFM) 的實現上需要較複雜的電路輔助，例如負載電流極小時，或是無法達成PFM，例如輸入電壓Vin與輸出電壓Vout相近時。
圖3A顯示另一先前技術美國專利US 2011/0156685 A1的架構，該升降壓切換式轉換器包含電感L、四個功率開關A, B, C, D，以及控制電路。控制電路控制四個功率開關A, B, C, D的切換，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。控制電路中，誤差放大器將回授訊號FB(表示輸出電壓Vout的資訊)與參考電壓Vref比較，產生誤差放大訊號，輸入PWM比較器。此外，電路取得與電感電流有關的訊號，輸入PWM比較器中，與誤差放大訊號比較。PWM比較器的輸出傳送給導通時間產生電路，以產生開關的導通時間。驅動電路根據所產生的導通時間，產生開關驅動訊號VA, VB, VC, VD，控制各功率開關A, B, C, D。此先前技術的特徵在於，電路中僅需要一個PWM比較器，因為僅需要產生一組導通時間。雖然此先前技術可以用非常簡單的電路實現升降壓切換式轉換器，但其缺點是，無論輸入電源大於、小於，或接近輸出電壓時，該電路皆操作於升降壓轉換模式下，其每個操作週期皆須切換A, B, C, D四個開關，如圖3B、圖3C所示，由開關A, C 導通(電流方向如實線)，緊接著開關B, D 導通，如此周而復始，因而切換損失也會較大。
圖4顯示另一先前技術美國專利US9787187的架構，該升降壓切換式轉換器50以兩組比較電路與固定導通╱不導通時間產生器產生兩組固定時間，而使升降壓切換式轉換器50操作於純升壓模式與純降壓模式之間，其中，功率開關A與D的導通時間可無限制地延長。
圖4中所示之先前技術，其缺點在於，由於功率開關A與D的導通時間可無限制地延長，因此其操作頻率變化較大，可能造成雜訊干擾，此外，也會使得其輸出電壓的漣波較大。
相較於前述之先前技術，本發明的升降壓切換式轉換器，具有快速之負載暫態響應、無需斜率補償、可同時應用在PFM操作上而無需複雜電路控制等優點；更進一步，本發明的升降壓切換式轉換器能達成具有純降壓轉換模式與純升壓轉換模式，較佳地無需升降壓轉換模式或中介模式，且導通時間不會無限制地延長，因此其操作頻率變化較小，不易造成干擾，此外，其輸出電壓的漣波亦因而較小，且轉換模式間的轉換與響應速度較高。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種固定時間升降壓切換式轉換器，用以轉換一輸入電壓而產生一輸出電壓，包含：一功率開關電路，包括一降壓開關單元及一升壓開關單元，其中該降壓開關單元用以切換一電感之一第一端於該輸入電壓與一接地電位之間，該升壓開關單元用以切換該電感之一第二端於該輸出電壓與該接地電位之間；以及一調變控制電路，用以根據該輸入電壓及該輸出電壓以產生一降壓斜坡訊號及一升壓斜坡訊號，且用以根據相關於該輸出電壓的一回授相關訊號與該降壓斜坡訊號之比較，以及該回授相關訊號與該升壓斜坡訊號之比較而控制該降壓開關單元及該升壓開關單元，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓；其中該降壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與一預設之比例之乘積，該降壓斜坡訊號的電壓之上限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之下限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓大於等於該降壓斜坡訊號的電壓。
在一較佳實施例中，當該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號且未超過該升壓斜坡訊號時，該調變控制電路以第一固定導通時間控制該功率開關電路操作於一固定導通時間降壓轉換模式，其中當該回授相關訊號的超過該降壓斜坡訊號且超過該升壓斜坡訊號時，該調變控制電路以第二固定導通時間控制該功率開關電路操作於一固定導通時間升壓轉換模式。
在一較佳實施例中：當該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號時，該調變控制電路控制該功率開關電路進入一第一狀態且維持一第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號，則進入一第二狀態，且持續至該回授相關訊號再度超過該降壓斜坡訊號；或者當該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號時，該調變控制電路控制該功率開關電路進入一第三狀態且維持一第二固定導通時間後，進入該第一狀態，且持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號或該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號；其中於該第一狀態中，該功率開關電路切換該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第二狀態中，該功率開關電路切換該電感之該第一端電性連接於該接地電位，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第三狀態中，該功率開關電路切換該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該接地電位。
在一較佳實施例中，於該功率開關電路進入該第一狀態且維持該第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號，則維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號或持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號。
在一較佳實施例中，當該功率開關電路維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號後，該調變控制電路控制該功率開關電路進入該第二狀態，且持續一最小不導通時間。
在一較佳實施例中，當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該功率開關電路的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於以下至少之一：該降壓斜坡訊號之斜率、該降壓斜坡訊號之峰對峰值、該升壓斜坡訊號之斜率、及/或該升壓斜坡訊號之峰對峰值。
在一較佳實施例中，該降壓斜坡訊號減去一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較，或者，該升壓斜坡訊號加上一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較。
在一較佳實施例中，當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該功率開關電路的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於該降壓斜坡訊號之該偏移值或該升壓斜坡訊號之該偏移值。
在一較佳實施例中，該降壓斜坡訊號的該偏移值小於該降壓斜坡訊號的峰對峰值，或者，該升壓斜坡訊號的該偏移值小於該升壓斜坡訊號的峰對峰值。
在一較佳實施例中，該調變控制電路包括：一降壓開關仿擬(emulating)電路，用以於該降壓開關單元切換該電感之該第一端於該輸入電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬降壓切換節點於該輸入電壓與該接地電位之間；一降壓分壓電路，用以根據一預設之比例，對該仿擬降壓切換節點分壓而產生一降壓分壓；一降壓積分電路，包括一降壓積分電容器，用以根據該降壓分壓而基於該降壓開關仿擬電路之切換而充放電，以產生該降壓斜坡訊號；一升壓開關仿擬電路，用以於該升壓開關單元切換該電感之該第二端於該輸出電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬升壓切換節點於該輸出電壓與該接地電位之間；一升壓分壓電路，耦接於該輸入電壓與該仿擬升壓切換節點之間，用以根據該預設之比例，對該仿擬升壓切換節點之電壓與該輸入電壓之間的電壓差分壓而產生一升壓分壓；以及一升壓積分電路，包括一升壓積分電容器，用以根據該升壓分壓而基於該升壓開關仿擬電路之切換而充放電，以產生該升壓斜坡訊號。
在一較佳實施例中：該降壓開關仿擬電路包括串聯於該輸入電壓與該接地電位之間的一仿擬降壓上橋開關及一仿擬降壓下橋開關，其中該仿擬降壓上橋開關及該仿擬降壓下橋開關彼此耦接於該仿擬降壓切換節點，用以根據該電感第一端之切換而切換該仿擬降壓切換節點；該降壓積分電路，更包括一降壓積分電阻，與該降壓積分電容器串聯耦接於該仿擬降壓切換節點，其中該降壓積分電阻用以決定該降壓積分電容器的充放電電流，以產生該降壓斜坡訊號；該升壓開關仿擬電路包括串聯於該輸出電壓與該接地電位之間的一仿擬升壓上橋開關及一仿擬升壓下橋開關，其中該仿擬升壓上橋開關及該仿擬升壓下橋開關彼此耦接於該仿擬升壓切換節點，用以根據該電感第二端之切換而切換該仿擬升壓切換節點；以及該升壓積分電路，更包括一升壓積分電阻，與該升壓積分電容器串聯耦接於該仿擬升壓切換節點，其中該升壓積分電阻用以決定該升壓積分電容器的充放電電流，以產生該升壓斜坡訊號。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種控制方法，用以控制一固定時間升降壓切換式轉換器，該控制方法包含：切換一電感之一第一端於一輸入電壓與一接地電位之間，且切換該電感之一第二端於一輸出電壓與該接地電位之間，藉此轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓；根據該輸入電壓及該輸出電壓以產生一降壓斜坡訊號及一升壓斜坡訊號；以及根據相關於該輸出電壓的一回授相關訊號與該降壓斜坡訊號之比較結果以及該回授相關訊號與該升壓斜坡訊號之比較結果，控制該電感之該第一端與第二端之切換，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓；其中該降壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與一預設之比例之乘積，該降壓斜坡訊號的電壓之上限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之下限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓大於等於該降壓斜坡訊號的電壓。
在一較佳實施例中，控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟包括：當該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號且未超過該升壓斜坡訊號時，以第一固定導通時間控制該電感之該第一端與第二端之切換以操作於一固定導通時間降壓轉換模式；或者當該回授相關訊號的超過該降壓斜坡訊號且超過該升壓斜坡訊號時，以第二固定導通時間控制該電感之該第一端與第二端之切換以操作於一固定導通時間升壓轉換模式。
在一較佳實施例中：當該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號時，控制該固定時間升降壓切換式轉換器進入一第一狀態且維持一第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號，則進入一第二狀態，且持續至該回授相關訊號再度超過該降壓斜坡訊號；或者當該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號時，控制該固定時間升降壓切換式轉換器進入一第三狀態且維持一第二固定導通時間後，進入該第一狀態，且持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號或該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號；其中於該第一狀態中，該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第二狀態中，該電感之該第一端電性連接於該接地電位，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第三狀態中，該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該接地電位。
在一較佳實施例中，控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：於該固定時間升降壓切換式轉換器進入該第一狀態且維持該第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號，則維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號或持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號。
在一較佳實施例中，控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：當該固定時間升降壓切換式轉換器維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號後，控制該固定時間升降壓切換式轉換器進入該第二狀態，且持續一最小不導通時間。
在一較佳實施例中，控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該固定時間升降壓切換式轉換器的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於以下至少之一：該降壓斜坡訊號之斜率、該降壓斜坡訊號之峰對峰值、該升壓斜坡訊號之斜率、及/或該升壓斜坡訊號之峰對峰值。
在一較佳實施例中，控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：該降壓斜坡訊號減去一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較，或者，該升壓斜坡訊號加上一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較。
在一較佳實施例中，當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該固定時間升降壓切換式轉換器的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於該降壓斜坡訊號之該偏移值或該升壓斜坡訊號之該偏移值。
在一較佳實施例中，該降壓斜坡訊號的該偏移值小於該降壓斜坡訊號的峰對峰值，或者，該升壓斜坡訊號的該偏移值小於該升壓斜坡訊號的峰對峰值。
在一較佳實施例中，產生該降壓斜坡訊號及該升壓斜坡訊號之步驟包括：於切換該電感之該第一端於該輸入電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬降壓切換節點於該輸入電壓與該接地電位之間；根據一預設之比例，對該仿擬降壓切換節點分壓而產生一降壓分壓；基於該電感之該第一端之切換而對該降壓分壓積分，以產生該降壓斜坡訊號；於切換該電感之該第二端於該輸出電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬升壓切換節點於該輸出電壓與該接地電位之間；根據該預設之比例，對該仿擬升壓切換節點之電壓與該輸入電壓之間的電壓差分壓而產生一升壓分壓；以及基於該電感之該第二端之切換而對該升壓分壓積分，以產生該升壓斜坡訊號。
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5顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器之一實施例方塊圖。固定時間升降壓切換式轉換器105用以轉換輸入電源(對應於輸入電壓Vin及輸入電流iin)而產生輸出電源(對應於輸出電壓Vout及輸出電流iout)。固定時間升降壓切換式轉換器105包含功率開關電路10以及調變控制電路20。
功率開關電路10包括降壓開關單元11及升壓開關單元12，其中降壓開關單元11用以切換電感L之第一端LX1於輸入電壓Vin與接地電位之間，升壓開關單元12用以切換電感L之第二端LX2於輸出電壓Vout與接地電位之間。
在一實施例中，調變控制電路20包括固定時間產生器22，邏輯驅動電路23，比較器24, 比較器25, 降壓斜坡產生器26以及升壓斜坡產生器27。
降壓斜坡產生器26以及升壓斜坡產生器27用以產生降壓斜坡訊號RmpBCK及升壓斜坡訊號RmpBST，比較器24用以比較相關於輸出電源的回授相關訊號VOR與降壓斜坡訊號RmpBCK而產生比較結果comp1， 比較器25用以比較回授相關訊號VOR與降壓斜坡訊號RmpBST而產生比較結果comp2。
固定時間產生器22用以產生時間訊號以示意複數固定時間，例如第一固定導通時間，第二固定導通時間以及最小不導通時間，其細節詳述於後。
邏輯驅動電路23根據比較結果comp1，comp2以及固定時間產生器22所產生的時間訊號而產生控制訊號CTRL，以控制降壓開關單元11及升壓開關單元12，以轉換輸入電壓Vin而產生輸出電壓Vout。
圖6顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器之一具體實施例的電路示意圖(升降壓切換式轉換器106)。本實施例中，降壓開關單元11包括功率開關A與功率開關B，受控制於控制訊號VA與VB，用以切換電感L之第一端LX1於輸入電壓Vin與接地電位之間，升壓開關單元12包括功率開關C與功率開關C，受控制於控制訊號VC與VD，用以切換電感L之第二端LX2於輸出電壓Vout與接地電位之間。
繼續參閱圖6，在一實施例中，調變控制電路20還包括誤差放大器28，用以根據參考訊號VREF與回授訊號FB的差值而產生誤差放大訊號EAO(對應於前述的回授相關訊號VOR)。在一實施例中，回授訊號FB例如為輸出電壓Vout的分壓，本實施例之調變控制電路20藉由誤差放大器28而調節輸出電壓Vout於一預設的電壓位準。在另一實施例中，回授訊號也可以是相關於輸出電流Iout的回授訊號，藉此可調節輸出電流Iout於一預設的電流位準。
根據本發明，降壓斜坡訊號RmpBCK與升壓斜坡訊號RmpBST彼此之間，以及與輸入電壓Vin，輸出電壓Vout之間具有下述之關係，以達成較佳的電源轉換效能。
在一實施例中，降壓斜坡訊號RmpBCK的電壓位準之平均值等於輸出電壓Vout位準與預設之比例K之乘積，降壓斜坡訊號RmpBCK的電壓之上限為輸入電壓Vin與預設之比例K之乘積。升壓斜坡訊號RmpBST的電壓位準之平均值等於輸出電壓Vout位準與預設之比例K之乘積，升壓斜坡訊號RmpBST的電壓之下限為輸入電壓Vin與預設之比例K之乘積，升壓斜坡訊號RmpBST的電壓大於等於降壓斜坡訊號RmpBCK的電壓。
請同時參閱圖7，圖7顯示對應於本發明之升降壓切換式轉換器之一實施例的操作波形圖。
本實施例中，輸入電壓Vin隨著時間而降低，輸出電壓Vout則受到回授控制而調節在固定的預設之位準上。在一實施例中，如圖7所示，當輸入電壓Vin遠大於輸出電壓Vout，亦即，當誤差放大訊號EAO未超過降壓斜坡訊號RmpBCK且未超過升壓斜坡訊號RmpBST時(如t1~t7)，調變控制電路20以第一固定導通時間TAD控制功率開關電路10操作於一固定導通時間降壓轉換模式。
具體而言，以圖6及圖7之實施例為例，當降壓斜坡訊號RmpBCK下降而與誤差放大訊號EAO相交時(如時點t3，誤差放大訊號EAO短暫超過降壓斜坡訊號RmpBCK)，調變控制電路20控制功率開關電路10進入第一狀態(如圖7中標示為AD)且維持第一固定導通時間TAD，亦即，功率開關A與功率開關D導通第一固定導通時間TAD，且同時功率開關B與功率開關C控制為不導通，使得切換電感L之第一端LX1電性連接於輸入電壓Vin，且電感L之第二端LX2電性連接於輸出電壓Vout。
接著，於第一固定導通時間TAD結束後，此時，若誤差放大訊號EAO未超過降壓斜坡訊號RmpBCK(如t4)，則進入第二狀態(如圖7中標示為BD) ，亦即，功率開關A與功率開關C不導通，且功率開關B與功率開關D為導通，且持續至降壓斜坡訊號RmpBCK與誤差放大訊號EAO再度相交，藉此，升降壓切換式轉換器106操作於固定導通時間降壓轉換模式。
在一實施例中，前述的第一固定導通時間TAD可為一預設的固定時間，亦即，無論輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比例為何，第一固定導通時間TAD皆具有固定的時長。
在一實施例中，前述的第一固定導通時間TAD可隨輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之變化而調整，藉此例如可降低切換頻率隨輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比例變化所造成的變化，在一實施例中，可使得切換頻率維持於一大致上穩定的頻率。值得注意的是，對應於一給定的輸入電壓Vin位準及一給定的輸出電壓Vout位準之條件下，第一固定導通時間TAD具有對應的一固定時長，舉例而言，於給定的輸入電壓Vin位準及輸出電壓Vout位準之條件下，在負載變化的暫態時，功率開關的切換占空比可能會因例如負載變化而需調整，但第一固定導通時間TAD仍具有對應的一固定時長，而相對地，功率開關B與功率開關D的導通時段為可變。
另一方面，當輸入電壓Vin小於輸出電壓Vout，亦即，當誤差放大訊號EAO的位準超過降壓斜坡訊號RmpBCK且超過升壓斜坡訊號RmpBST時(如tc~tk，特別是tc, te, tg, ti等時點)，調變控制電路20以第二固定導通時間TAC控制功率開關電路10操作於一固定導通時間升壓轉換模式(如t1~t7)。
具體而言，以圖6及圖7之實施例為例，當升壓斜坡訊號RmpBST下降而與誤差放大訊號EAO相交時(如時點t3，誤差放大訊號EAO短暫超過升壓斜坡訊號RmpBST)，調變控制電路20控制功率開關電路10進入第三狀態(如圖7中標示為AC)且維持第二固定導通時間TAC，亦即，功率開關A與功率開關C導通第一固定導通時間TAC，且同時功率開關B與功率開關D控制為不導通，使得電感L之第一端LX1電性連接於輸入電壓Vin，且電感L之第二端LX2電性連接於接地電位。
接著，於第二固定導通時間TAC結束後，則進入第一狀態AD，且持續至升壓斜坡訊號RmpBST與誤差放大訊號EAO再度相交，藉此，升降壓切換式轉換器106操作於固定導通時間升壓轉換模式(如ta~tk)。
在一實施例中，前述的第二固定導通時間TAC可為一預設的固定時間，亦即，無論輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比例為何，第二固定導通時間TAC皆具有固定的時長。
在一實施例中，前述的第二固定導通時間TAC可隨輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之變化而調整，藉此例如可降低切換頻率隨輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之比例變化所造成的變化，在一實施例中，可使得切換頻率維持於一大致上穩定的頻率。值得注意的是，對應於一給定的輸入電壓Vin位準及一給定的輸出電壓Vout位準之條件下，第二固定導通時間TAC具有對應的一固定時長，舉例而言，於給定的輸入電壓Vin位準及輸出電壓Vout位準之條件下，在負載變化的暫態時，功率開關的切換占空比可能會因例如負載變化而需調整，但第二固定導通時間TAC仍具有對應的一固定時長，而相對地，功率開關A與功率開關D的導通時段為可變。
繼續參閱圖6與圖7，在一實施例中，於調變控制電路20控制功率開關電路10進入第一狀態AD且維持第一固定導通時間TAD後，此時，若誤差放大訊號EAO超過降壓斜坡訊號RmpBCK(如t7’)，亦即代表輸入電壓Vin與輸出電壓Vout接近時，則持續維持第一狀態AD，此時升降壓切換式轉換器106操作於延伸導通時間降壓轉換模式，且第一狀態AD持續至誤差放大訊號EAO不超過降壓斜坡訊號RmpBCK，亦即，進入固定導通時間降壓模式，或者，第一狀態AD持續至誤差放大訊號EAO超過升壓斜坡訊號RmpBST，亦即，進入固定導通時間升壓模式。
值得注意的是，根據本發明，於Vin與輸出電壓Vout接近時，第一狀態AD可延伸，藉此可降低切換頻率而降低切換損耗，提高電源轉換效率，另一方面，切換頻率亦可適當設計而不至於無限延長，因此可兼顧效率與輸出漣波之平衡。其中切換頻率的下限與電路參數的相關性將詳述於後。
繼續參閱圖7，當功率開關電路10操作於延伸導通時間降壓轉換模式時，在一實施例中，第一狀態AD延伸後直至誤差放大訊號EAO不超過降壓斜坡訊號RmpBCK後，調變控制電路20控制功率開關電路10進入第二狀態BD，且持續最小不導通時間TmnBD，藉此，可確保如自舉式(bootstrap)驅動電路中的自舉電容可充分充電，進而確保驅動電路的正常操作。
當功率開關電路10操作於延伸導通時間降壓轉換模式時，功率開關電路10的切換頻率隨著第一狀態AD之持續而降低，在一實施例中，切換頻率之下限相關於以下至少之一：降壓斜坡訊號RmpBCK之斜率、降壓斜坡訊號RmpBCK之峰對峰值、升壓斜坡訊號RmpBST之斜率、及/或升壓斜坡訊號RmpBST之峰對峰值。
圖8A~圖8B顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器之另二個實施例的電路示意圖(升降壓切換式轉換器108A與108B)。於圖8A的實施例中，降壓斜坡訊號RmpBCK減去一偏移值Vofs後才與誤差放大訊號EAO進行比較，於圖8B的實施例中，升壓斜坡訊號RmpBST加上一偏移值Vofs後才與誤差放大訊號EAO進行比較。
繼續參閱圖8A~圖8B，當功率開關電路10操作於延伸導通時間降壓轉換模式時，如前所述，第一狀態AD延伸持續時，功率開關電路10的切換頻率隨著第一狀態AD之持續而降低，在降壓斜坡訊號RmpBCK或升壓斜坡訊號RmpBST具有偏移值的情況下，切換頻率之下限相關於降壓斜坡訊號RmpBCK之偏移值或升壓斜坡訊號RmpBST之偏移值。
在一實施例中，降壓斜坡訊號RmpBCK的偏移值Vofs小於降壓斜坡訊號RmpBCK之峰對峰值。在一實施例中，升壓斜坡訊號RmpBST的偏移值Vofs小於升壓斜坡訊號RmpBST之峰對峰值。偏移值Vofs小於對應之斜坡訊號的峰對峰值可保有於輸入電壓Vin與輸出電壓Vout相近時，切換頻率可因第一狀態AD之持續而降低之優點，同時又能確保第一狀態AD不會無限延伸，因而可確保具有有限的切換頻率下限，此外，前述各種轉換模式之間的轉換與響應時間亦皆能獲得改善。
圖9A顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，降壓斜坡產生器之一實施例的電路示意圖。降壓斜坡產生器269A包括降壓開關仿擬(emulating)電路261，降壓分壓電路262，以及降壓積分電路263。降壓開關仿擬電路261用以於降壓開關單元11切換電感L之第一端LX1於輸入電壓Vin與接地電位之間時，同步切換仿擬降壓切換節點ELX1於輸入電壓Vin與接地電位之間，其中於前述的固定導通時間降壓模式下，仿擬降壓切換節點ELX1的平均電壓等於輸入電壓Vin與占空比之乘積，因此，仿擬降壓切換節點ELX1的平均電壓等於輸出電壓Vout。降壓分壓電路262用以根據預設之比例K，對仿擬降壓切換節點ELX1分壓而產生降壓分壓DV1。降壓積分電路263，用以對降壓分壓DV1進行積分而產生降壓斜坡訊號RmpBCK，其細節詳述於後。
圖9B顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，降壓斜坡產生器之一具體實施例的電路示意圖(降壓斜坡產生器269B)。
本實施例中，降壓開關仿擬電路261包括仿擬開關EA與EB，彼此串聯耦接於輸入電壓Vin與接地電位之間，其分別受到同步於控制訊號VA與VB之控制訊號SA與SB所控制，因此，仿擬開關EA與EB彼此耦接的仿擬降壓切換節點ELX1之電壓可仿擬電感L之第一端LX1之電壓。
降壓分壓電路262例如包括分壓電阻R61與R62，用以將仿擬降壓切換節點ELX1之電壓根據預設之比例K而分壓產生降壓分壓DV1。
降壓積分電路263包括降壓積分電容器C1，用以根據降壓分壓DV1而基於降壓開關仿擬電路261之切換而充放電，以產生降壓斜坡訊號RmpBCK。在一實施例中，降壓積分電路263更包括降壓積分電阻R26，與積分電容器C1串聯於降壓分壓電路262之分壓節點與接地電位之間，降壓積分電阻R26用以決定降壓斜坡訊號RmpBCK之斜率。
值得說明的是，由於上述的降壓積分電路263係針對預設之比例K的仿擬降壓切換節點ELX1之電壓的分壓而積分，而仿擬降壓切換節點ELX1的平均電壓等於輸出電壓Vout，因此，降壓積分電路263所積分而產生的降壓斜坡訊號RmpBCK的平均值等於K*Vout，此外，由於當仿擬開關EA之占空比達到100%時，仿擬降壓切換節點ELX1的電壓等於其上限，亦即輸入電壓Vin，因此，降壓斜坡訊號RmpBCK之上限等於K*Vin。同時回閱圖7，根據本發明，由於降壓斜坡訊號RmpBCK具有上限K*Vin，因此，在輸入電壓Vin低於輸出電壓Vout時(如ta~tk)，降壓斜坡訊號RmpBCK將等於K*Vin，亦即，當輸入電壓Vin低於輸出電壓Vout時，降壓斜坡訊號RmpBCK小於升壓斜坡訊號RmpBST，且彼此差距漸次隨著輸入電壓Vin之降低而加大，在此情況下，調變控制電路20將根據誤差放大訊號EAO與升壓斜坡訊號RmpBST之關係而決定功率開關電路10之切換，且誤差放大訊號EAO不易誤觸降壓斜坡訊號RmpBCK而造成轉換模式間之誤切換。
圖10A顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，升壓斜坡產生器之一實施例的電路示意圖。升壓斜坡產生器270A包括升壓開關仿擬電路271，升壓分壓電路272，以及升壓積分電路273。升壓開關仿擬電路271用以於升壓開關單元12切換電感L之第二端LX2於輸出電壓Vout與接地電位之間時，同步切換仿擬升壓切換節點ELX2於輸出電壓Vout與接地電位之間，其中於前述的固定導通時間升壓模式下，仿擬升壓切換節點ELX2的平均電壓等於輸出電壓Vout。升壓分壓電路272耦接於輸入電壓Vin與仿擬升壓切換節點ELX2之間，用以根據預設之比例K，對仿擬升壓切換節點ELX2之電壓與輸入電壓Vin之間的電壓差分壓而產生升壓分壓DV2。升壓積分電路273用以對升壓分壓DV2進行積分而產生升壓斜坡訊號RmpBST，其細節詳述於後。
圖10B顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，升壓斜坡產生器之一具體實施例的電路示意圖(升壓斜坡產生器270B)。
本實施例中，升壓開關仿擬電路271包括仿擬開關EC與ED，彼此串聯耦接於輸出電壓Vout與接地電位之間，其分別受到同步於控制訊號VC與VD之控制訊號所控制，因此，仿擬開關EC與ED彼此耦接的仿擬升壓切換節點ELX2之電壓可仿擬電感L之第二端LX2之電壓，具體而言，本實施例中，仿擬升壓切換節點ELX2之電壓係仿擬電感L之第二端LX2之反相電壓。
升壓分壓電路272例如包括分壓電阻R71與R72，用以將仿擬升壓切換節點ELX2之電壓與輸入電壓Vin之間的電壓差根據預設之比例K而分壓產生升壓分壓DV2。
升壓積分電路273包括升壓積分電容器C2，用以根據升壓分壓DV2而基於升壓開關仿擬電路271之切換而充放電，以產生升壓斜坡訊號RmpBST。在一實施例中，升壓積分電路273更包括升壓積分電阻R27，與升壓積分電容器C2串聯於升壓分壓電路272之分壓節點與接地電位之間，升壓積分電阻R27用以決定升壓斜坡訊號RmpBST之斜率。
值得說明的是，前述仿擬升壓切換節點ELX2之電壓藉由仿擬電感L之第二端LX2之反相電壓，使得升壓斜坡訊號RmpBST可仿擬升壓模式下的電感電流。另一方面，前述仿擬降壓切換節點ELX1之電壓藉由仿擬電感L之第一端LX1之電壓，使得降壓斜坡訊號RmpBCK可仿擬降壓模式下的電感電流。
此外還值得說明的是，由於升壓開關仿擬電路271仿擬了功率開關電路10於固定導通時間升壓模式時的操作，因此，升壓積分電路273所積分而產生的升壓斜坡訊號RmpBST的平均值等於K*Vout，此外，由於仿擬升壓切換節點ELX1的電壓之下限為輸入電壓Vin，因此，升壓斜坡訊號RmpBST之下限等於K*Vin。同時回閱圖7，根據本發明，由於升壓斜坡訊號RmpBST具有下限等於K*Vin，因此，在輸入電壓Vin高於輸出電壓Vout時(如t1~t7)，升壓斜坡訊號RmpBST將等於K*Vin，亦即，當輸入電壓Vin高於輸出電壓Vout時，升壓斜坡訊號RmpBST大於降壓斜坡訊號RmpBCK，且彼此差距漸次隨著輸入電壓Vin之升高而加大，在此情況下，調變控制電路20將根據誤差放大訊號EAO與降壓斜坡訊號RmpBCK之關係而決定功率開關電路10之切換，且誤差放大訊號EAO不易誤觸升壓斜坡訊號RmpBST而造成轉換模式間之誤切換。
值得注意的是，若發生轉換模式間之誤切換，將可能產生右半平面的零點，會使暫態響應變差，由於本發明上述配置可將升壓斜坡訊號RmpBST與降壓斜坡訊號RmpBCK彼此拉開，因此可避免發生轉換模式間之誤切換，可確保較佳的暫態響應。
此外，就一觀點而言，由於升壓斜坡訊號RmpBST與降壓斜坡訊號RmpBCK皆正比於輸出電壓Vout，因此在所有的操作模式下都能具有最低的閉回路輸出阻抗，進而得以具有快速的負載暫態響應(load transient response)以及電源暫態響應(line transient response)。
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。
20:調變控制電路 10:功率開關電路 11:降壓開關單元 12:升壓開關單元 105,106,108A,108B:固定時間升降壓切換式轉換器 120:控制電路 22:固定時間產生器 23:邏輯驅動電路 24:比較器 25:比較器 26,269A,269B:降壓斜坡產生器 261:降壓開關仿擬電路 262:降壓分壓電路 263:降壓積分電路 27,270A,270B:升壓斜坡產生器 271:升壓開關仿擬電路 272:升壓分壓電路 273:升壓積分電路 28:誤差放大器 50:升降壓切換式轉換器 A,B,C,D:功率開關 AD:第一狀態 BD:第二狀態 C1:降壓積分電容器 C2:升壓積分電容器 comp1,comp2:比較結果 CTRL:控制訊號 DV1:降壓分壓 DV2:升壓分壓 EA,EB,EC,ED:仿擬開關 EAO:誤差放大訊號 ELX1:仿擬降壓切換節點 ELX2:仿擬升壓切換節點 FB:回授訊號 Iin:輸入電流 Iout:輸出電流 K:預設之比例 L:電感 LX1:第一端 LX2:第二端 OSC:電壓波形 R26:降壓積分電阻 R27:升壓積分電阻 R61,R62,R71,R72:分壓電阻 RmpBCK:降壓斜坡訊號 RmpBST:升壓斜坡訊號 SA,SB,SC,SD:控制訊號 t1~t7,t7’,ta~tk:時點 TAC:第二固定導通時間 TAD:第一固定導通時間 TmnBD:最小不導通時間 VA,VB,VC,VD:控制訊號 Vea,Vea1,Vea2:誤差放大訊號 Vin:輸入電壓 Vofs:偏移值 VOR:回授相關訊號 Vout:輸出電壓 Vref:參考電壓 VX,VY:電壓波形
圖1A~圖1B顯示先前技術之升降壓切換式轉換器。
圖2A~圖2B顯示先前技術之升降壓切換式轉換器。
圖3A~圖3C顯示先前技術之升降壓切換式轉換器。
圖4顯示先前技術之升降壓切換式轉換器。
圖5顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器之一實施例方塊圖。
圖6顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器之一具體實施例的電路示意圖。
圖7顯示對應於本發明之升降壓切換式轉換器之一實施例的操作波形圖。
圖8A~圖8B顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器之另二個實施例的電路示意圖。
9A顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，降壓斜坡產生器之一實施例的電路示意圖。
圖9B顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，降壓斜坡產生器之一具體實施例的電路示意圖。
圖10A顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，升壓斜坡產生器之一實施例的電路示意圖。
圖10B顯示本發明之固定時間升降壓切換式轉換器中，升壓斜坡產生器之一具體實施例的電路示意圖。
無
10:功率開關電路
11:降壓開關單元
12:升壓開關單元
106:固定時間升降壓切換式轉換器
20:調變控制電路
22:固定時間產生器
23:邏輯驅動電路
24:比較器
25:比較器
26:降壓斜坡產生器
27:升壓斜坡產生器
28:誤差放大器
A,B,C,D:功率開關
comp1,comp2:比較結果
CTRL:控制訊號
EAO:誤差放大訊號
FB:回授訊號
iin:輸入電流
Iout:輸出電流
L:電感
LX1:第一端
LX2:第二端
RmpBCK:降壓斜坡訊號
RmpBST:升壓斜坡訊號
VA,VB,VC,VD:控制訊號
Vin:輸入電壓
Vout:輸出電壓
VREF:參考電壓

Claims (21)

  1. 一種固定時間升降壓切換式轉換器，用以轉換一輸入電壓而產生一輸出電壓，包含： 一功率開關電路，包括一降壓開關單元及一升壓開關單元，其中該降壓開關單元用以切換一電感之一第一端於該輸入電壓與一接地電位之間，該升壓開關單元用以切換該電感之一第二端於該輸出電壓與該接地電位之間；以及 一調變控制電路，用以根據該輸入電壓及該輸出電壓以產生一降壓斜坡訊號及一升壓斜坡訊號，且用以根據相關於該輸出電壓的一回授相關訊號與該降壓斜坡訊號之比較，以及該回授相關訊號與該升壓斜坡訊號之比較而控制該降壓開關單元及該升壓開關單元，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓； 其中該降壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與一預設之比例之乘積，該降壓斜坡訊號的電壓之上限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之下限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓大於等於該降壓斜坡訊號的電壓。
  2. 如請求項1所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中當該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號且未超過該升壓斜坡訊號時，該調變控制電路以第一固定導通時間控制該功率開關電路操作於一固定導通時間降壓轉換模式，其中當該回授相關訊號的超過該降壓斜坡訊號且超過該升壓斜坡訊號時，該調變控制電路以第二固定導通時間控制該功率開關電路操作於一固定導通時間升壓轉換模式。
  3. 如請求項2所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中： 當該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號時，該調變控制電路控制該功率開關電路進入一第一狀態且維持一第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號，則進入一第二狀態，且持續至該回授相關訊號再度超過該降壓斜坡訊號；或者 當該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號時，該調變控制電路控制該功率開關電路進入一第三狀態且維持一第二固定導通時間後，進入該第一狀態，且持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號或該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號； 其中於該第一狀態中，該功率開關電路切換該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第二狀態中，該功率開關電路切換該電感之該第一端電性連接於該接地電位，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第三狀態中，該功率開關電路切換該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該接地電位。
  4. 如請求項3所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中於該功率開關電路進入該第一狀態且維持該第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號，則維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號或持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號。
  5. 如請求項4所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中當該功率開關電路維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號後，該調變控制電路控制該功率開關電路進入該第二狀態，且持續一最小不導通時間。
  6. 如請求項4所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該功率開關電路的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於以下至少之一：該降壓斜坡訊號之斜率、該降壓斜坡訊號之峰對峰值、該升壓斜坡訊號之斜率、及/或該升壓斜坡訊號之峰對峰值。
  7. 如請求項6所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中該降壓斜坡訊號減去一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較，或者，該升壓斜坡訊號加上一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較。
  8. 如請求項7所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該功率開關電路的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於該降壓斜坡訊號之該偏移值或該升壓斜坡訊號之該偏移值。
  9. 如請求項7所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中該降壓斜坡訊號的該偏移值小於該降壓斜坡訊號的峰對峰值，或者，該升壓斜坡訊號的該偏移值小於該升壓斜坡訊號的峰對峰值。
  10. 如請求項1所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中該調變控制電路包括： 一降壓開關仿擬(emulating)電路，用以於該降壓開關單元切換該電感之該第一端於該輸入電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬降壓切換節點於該輸入電壓與該接地電位之間； 一降壓分壓電路，用以根據一預設之比例，對該仿擬降壓切換節點分壓而產生一降壓分壓； 一降壓積分電路，包括一降壓積分電容器，用以根據該降壓分壓而基於該降壓開關仿擬電路之切換而充放電，以產生該降壓斜坡訊號； 一升壓開關仿擬電路，用以於該升壓開關單元切換該電感之該第二端於該輸出電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬升壓切換節點於該輸出電壓與該接地電位之間； 一升壓分壓電路，耦接於該輸入電壓與該仿擬升壓切換節點之間，用以根據該預設之比例，對該仿擬升壓切換節點之電壓與該輸入電壓之間的電壓差分壓而產生一升壓分壓；以及 一升壓積分電路，包括一升壓積分電容器，用以根據該升壓分壓而基於該升壓開關仿擬電路之切換而充放電，以產生該升壓斜坡訊號。
  11. 如請求項10所述之固定時間升降壓切換式轉換器，其中： 該降壓開關仿擬電路包括串聯於該輸入電壓與該接地電位之間的一仿擬降壓上橋開關及一仿擬降壓下橋開關，其中該仿擬降壓上橋開關及該仿擬降壓下橋開關彼此耦接於該仿擬降壓切換節點，用以根據該電感第一端之切換而切換該仿擬降壓切換節點； 該降壓積分電路，更包括一降壓積分電阻，與該降壓積分電容器串聯耦接於該仿擬降壓切換節點，其中該降壓積分電阻用以決定該降壓積分電容器的充放電電流，以產生該降壓斜坡訊號； 該升壓開關仿擬電路包括串聯於該輸出電壓與該接地電位之間的一仿擬升壓上橋開關及一仿擬升壓下橋開關，其中該仿擬升壓上橋開關及該仿擬升壓下橋開關彼此耦接於該仿擬升壓切換節點，用以根據該電感第二端之切換而切換該仿擬升壓切換節點；以及 該升壓積分電路，更包括一升壓積分電阻，與該升壓積分電容器串聯耦接於該仿擬升壓切換節點，其中該升壓積分電阻用以決定該升壓積分電容器的充放電電流，以產生該升壓斜坡訊號。
  12. 一種控制方法，用以控制一固定時間升降壓切換式轉換器，該控制方法包含： 切換一電感之一第一端於一輸入電壓與一接地電位之間，且切換該電感之一第二端於一輸出電壓與該接地電位之間，藉此轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓； 根據該輸入電壓及該輸出電壓以產生一降壓斜坡訊號及一升壓斜坡訊號；以及 根據相關於該輸出電壓的一回授相關訊號與該降壓斜坡訊號之比較結果以及該回授相關訊號與該升壓斜坡訊號之比較結果，控制該電感之該第一端與第二端之切換，以轉換該輸入電壓而產生該輸出電壓； 其中該降壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與一預設之比例之乘積，該降壓斜坡訊號的電壓之上限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之平均值等於該輸出電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓之下限為該輸入電壓與該預設之比例之乘積，該升壓斜坡訊號的電壓大於等於該降壓斜坡訊號的電壓。
  13. 如請求項12所述之控制方法，其中控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟包括： 當該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號且未超過該升壓斜坡訊號時，以第一固定導通時間控制該電感之該第一端與第二端之切換以操作於一固定導通時間降壓轉換模式；或者 當該回授相關訊號的超過該降壓斜坡訊號且超過該升壓斜坡訊號時，以第二固定導通時間控制該電感之該第一端與第二端之切換以操作於一固定導通時間升壓轉換模式。
  14. 如請求項13所述之控制方法，其中： 當該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號時，控制該固定時間升降壓切換式轉換器進入一第一狀態且維持一第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號未超過該降壓斜坡訊號，則進入一第二狀態，且持續至該回授相關訊號再度超過該降壓斜坡訊號；或者 當該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號時，控制該固定時間升降壓切換式轉換器進入一第三狀態且維持一第二固定導通時間後，進入該第一狀態，且持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號或該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號； 其中於該第一狀態中，該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第二狀態中，該電感之該第一端電性連接於該接地電位，且該電感之該第二端電性連接於該輸出電壓；於該第三狀態中，該電感之該第一端電性連接於該輸入電壓，且該電感之該第二端電性連接於該接地電位。
  15. 如請求項14所述之控制方法，其中控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：於該固定時間升降壓切換式轉換器進入該第一狀態且維持該第一固定導通時間後，此時，若該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號，則維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號或持續至該回授相關訊號超過該升壓斜坡訊號。
  16. 如請求項15所述之控制方法，其中控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：當該固定時間升降壓切換式轉換器維持該第一狀態且持續至該回授相關訊號不超過該降壓斜坡訊號後，控制該固定時間升降壓切換式轉換器進入該第二狀態，且持續一最小不導通時間。
  17. 如請求項15所述之控制方法，其中控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該固定時間升降壓切換式轉換器的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於以下至少之一：該降壓斜坡訊號之斜率、該降壓斜坡訊號之峰對峰值、該升壓斜坡訊號之斜率、及/或該升壓斜坡訊號之峰對峰值。
  18. 如請求項17所述之控制方法，其中控制該電感之該第一端與第二端之切換之步驟更包括：該降壓斜坡訊號減去一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較，或者，該升壓斜坡訊號加上一偏移值後才與該回授相關訊號進行比較。
  19. 如請求項18所述之控制方法，其中當該第一固定導通時間結束，且該回授相關訊號超過該降壓斜坡訊號而使得該第一狀態持續時，該固定時間升降壓切換式轉換器的切換頻率隨著該第一狀態之持續而降低，且該切換頻率之下限相關於該降壓斜坡訊號之該偏移值或該升壓斜坡訊號之該偏移值。
  20. 如請求項18所述之控制方法，其中該降壓斜坡訊號的該偏移值小於該降壓斜坡訊號的峰對峰值，或者，該升壓斜坡訊號的該偏移值小於該升壓斜坡訊號的峰對峰值。
  21. 如請求項12所述之控制方法，其中產生該降壓斜坡訊號及該升壓斜坡訊號之步驟包括： 於切換該電感之該第一端於該輸入電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬降壓切換節點於該輸入電壓與該接地電位之間； 根據一預設之比例，對該仿擬降壓切換節點分壓而產生一降壓分壓； 基於該電感之該第一端之切換而對該降壓分壓積分，以產生該降壓斜坡訊號； 於切換該電感之該第二端於該輸出電壓與該接地電位之間時，同步切換一仿擬升壓切換節點於該輸出電壓與該接地電位之間； 根據該預設之比例，對該仿擬升壓切換節點之電壓與該輸入電壓之間的電壓差分壓而產生一升壓分壓；以及 基於該電感之該第二端之切換而對該升壓分壓積分，以產生該升壓斜坡訊號。
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