TWI805407B - 能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路及其控制方法 - Google Patents

能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路及其控制方法 Download PDF

Info

Publication number
TWI805407B
TWI805407B TW111121941A TW111121941A TWI805407B TW I805407 B TWI805407 B TW I805407B TW 111121941 A TW111121941 A TW 111121941A TW 111121941 A TW111121941 A TW 111121941A TW I805407 B TWI805407 B TW I805407B
Authority
TW
Taiwan
Prior art keywords
power supply
output
reference voltage
buck
input
Prior art date
Application number
TW111121941A
Other languages
English (en)
Other versions
TW202329596A (zh
Inventor
楊世傑
麥永彥
尤寶勳
許正宏
Original Assignee
立錡科技股份有限公司
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 立錡科技股份有限公司 filed Critical 立錡科技股份有限公司
Priority to US18/146,493 priority Critical patent/US20230216410A1/en
Application granted granted Critical
Publication of TWI805407B publication Critical patent/TWI805407B/zh
Publication of TW202329596A publication Critical patent/TW202329596A/zh

Links

Images

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
    • H02M3/158—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 including plural semiconductor devices as final control devices for a single load
    • H02M3/1582—Buck-boost converters
    • 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
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • 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)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)
  • Amplifiers (AREA)

Abstract

一種升降壓切換式電源電路包括：功率開關電路，其包括輸入開關單元及輸出開關單元；旁通控制電路，用以根據輸入電源之輸入電壓與輸出電源之輸出電壓間的轉換電壓差並根據流經電感之電感電流是否到達輸出電源之輸出電流，以產生旁通控制訊號；以及旁通切換電路，旁通控制訊號於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感之電感電流到達輸出電流時，控制旁通切換電路，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路操作於旁通模式。

Description

能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路及其控制方法
本發明係有關升降壓切換式電源電路，特別是有關於具有旁通模式且能減弱振鈴之升降壓切換式電源電路。本發明也有關於升降壓切換式電源電路之控制方法。
請參閱圖1，其顯示一習知的升降壓切換式電源轉換器。此習知的升降壓切換式電源轉換器於輸入電壓大於或等於一第一閾值時進入旁通模式且於輸出電壓大於或等於一第二閾值時離開旁通模式。如圖1所示，當此習知的升降壓切換式電源轉換器從升降壓模式切換進入旁通模式時，電感電流的變化幅度過大，導致輸出電壓發生振鈴現象，過大的振鈴幅度不但對元件產生應力亦會使升降壓切換式電源轉換器錯誤地於第二閾值離開旁通模式。雖然將第二閾值增加至第三閾值可避免錯誤的觸發，但系統的功率轉換效率會變得更差。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種可於輸入電壓與輸出電壓相近時，以旁通模式降低切換損耗且能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路。
於一觀點中，本發明提供一種升降壓切換式電源電路，用以將一輸入電源，轉換為一輸出電源，其包括：一功率開關電路，包括一輸入開關單元以及一輸出開關單元，其中該輸入開關單元用以將一電感之一第一端切換於該輸入電源或一接地電位，該輸出開關單元用以將該電感之一第二端切換於該輸出電源或該接地電位，以將該輸入電源轉換為該輸出電源；一旁通(Bypass)控制電路，用以根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電源之一輸出電壓間的一轉換電壓差並根據流經該電感之一電感電流是否到達該輸出電源之一輸出電流，以產生一旁通控制訊號；以及一旁通切換電路，其中該旁通控制訊號於該轉換電壓差低於一參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路操作於一旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於一降壓(Buck)模式時，該輸出開關單元之一輸出上橋開關導通，該輸出開關單元之一輸出下橋開關不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該降壓模式切換為該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於一升降壓(Buck-Boost)模式時，該電感輪流串接於該輸入電源與該接地電位之間與該輸出電源與該接地電位之間，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該升降壓模式切換為該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於一升壓(Boost)模式時，該輸入開關單元之一輸入上橋開關為導通，且該輸入開關單元之一輸入下橋開關為不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該升壓模式切換為該旁通模式。
於一實施例中，該旁通切換電路包括該輸出開關單元中之一輸出上橋開關與該輸入開關單元中之一輸入上橋開關，該旁通控制電路於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，產生該旁通控制訊號控制該輸出上橋開關與該輸入上橋開關皆為導通，以將該輸入電源與該輸出電源經由該電感電連接。
於一實施例中，該旁通切換電路包括一旁通開關，該旁通開關直接電連接於該輸入電源與該輸出電源之間，該旁通控制電路於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，產生該旁通控制訊號控制該旁通開關為導通，以將該輸入電源與該輸出電源直接電連接。
於一實施例中，該轉換電壓差為該輸入電壓與該輸出電壓之差值的絕對值。
於一實施例中，該參考電壓包括一第一參考電壓及一第二參考電壓，其中當該輸出電壓減去該輸入電壓之差值低於該第一參考電壓，且該輸入電壓減去該輸出電壓之差值低於該第二參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號被致能，其中該第一參考電壓及該第二參考電壓具有以下關係之一：(1) 該第一參考電壓等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零；(2) 該第一參考電壓等於零，該第二參考電壓不為零；(3) 該第二參考電壓等於零，該第一參考電壓不為零；或者(4) 該第一參考電壓不等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零。
於一實施例中，該旁通控制電路包括：一閾值控制電路，用以根據該參考電壓，而產生一上限閾值及一下限閾值；以及一比較電路，用以比較一待比較訊號與該上限閾值及該下限閾值，當該待比較訊號介於該上限閾值及該下限閾值之間且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，致能該旁通控制訊號，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，其中該待比較訊號、該上限閾值及該下限閾值具有下列關係之一：(1)該待比較訊號為該轉換電壓差，該上限閾值為該第一參考電壓，該下限閾值為該第二參考電壓；(2) 該待比較訊號為該輸出電壓，該上限閾值為該輸入電壓及該第一參考電壓之和，該下限閾值為該輸入電壓及該第二參考電壓之差；(3) 該待比較訊號為該輸入電壓，該上限閾值為該輸出電壓及該第二參考電壓之和，該下限閾值為該輸出電壓及該第一參考電壓之差。
於一實施例中，該輸入開關單元包括：一輸入上橋開關，耦接於該輸入電源與該電感之該第一端之間；以及一輸入下橋開關或一輸入下橋二極體，耦接於該接地電位與該電感之該第一端之間；其中該輸入上橋開關，以及該輸入下橋開關或該輸入下橋二極體，用以切換該電感之該第一端於該輸入電源或該接地電位。
於一實施例中，該輸出開關單元包括：一輸出下橋開關，耦接於該接地電位與該電感之該第二端之間；以及一輸出上橋開關，耦接於該輸出電源與該電感之該第二端之間；其中該輸出下橋開關以及該輸出上橋開關，用以將該電感之該第二端切換於該輸出電源或該接地電位。
於另一觀點中，本發明係提供一種用以控制一升降壓切換式電源電路的控制方法，用以將一輸入電源，轉換為一輸出電源，該升降壓切換式電源電路包括一功率開關電路，該功率開關電路包括一輸入開關單元以及一輸出開關單元，其中該輸入開關單元用以將一電感之一第一端切換於該輸入電源或一接地電位，該輸出開關單元用以將該電感之一第二端切換於該輸出電源或該接地電位，以將該輸入電源轉換為該輸出電源，該控制方法包括：根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電源之一輸出電壓間的一轉換電壓差並根據流經該電感之一電感電流是否到達該輸出電源之一輸出電流，產生一旁通控制訊號；以及於該轉換電壓差低於一參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路操作於一旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於一降壓(Buck)模式時，該輸出開關單元之一輸出上橋開關導通，該輸出開關單元之一輸出下橋開關不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該降壓模式切換為該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於一升降壓(Buck-Boost)模式時，該電感輪流串接於該輸入電源與該接地電位之間與該輸出電源與該接地電位之間，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該升降壓模式切換為該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於一升壓(Boost)模式時，該輸入開關單元之一輸入上橋開關為導通，且該輸入開關單元之一輸入下橋開關為不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路切換為該旁通模式。
於一實施例中，當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
於一實施例中，該旁通控制訊號於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，控制該輸出開關單元之一輸出上橋開關與該輸入開關單元之一輸入上橋開關皆為導通，以將該輸入電源與該輸出電源經由該電感電連接。
於一實施例中，該旁通控制訊號於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，控制一旁通開關為導通，以將該輸入電源與該輸出電源直接電連接，其中該旁通開關直接電連接於該輸入電源與該輸出電源之間。
於一實施例中，該轉換電壓差為該輸入電壓與該輸出電壓之差值的絕對值。
於一實施例中，該參考電壓包括一第一參考電壓及一第二參考電壓，其中當該輸出電壓減去該輸入電壓之差值低於該第一參考電壓，且該輸入電壓減去該輸出電壓之差值低於該第二參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號被致能，其中該第一參考電壓及該第二參考電壓具有以下關係之一：(1) 該第一參考電壓等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零；(2) 該第一參考電壓等於零，該第二參考電壓不為零；(3) 該第二參考電壓等於零，該第一參考電壓不為零；或者(4) 該第一參考電壓不等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零。
於一實施例中，該產生該旁通控制訊號之步驟包括：根據該參考電壓，而產生一上限閾值及一下限閾值；以及比較一待比較訊號與該上限閾值及該下限閾值，當該待比較訊號介於該上限閾值及該下限閾值之間且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，致能該旁通控制訊號，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，其中該待比較訊號、該上限閾值及該下限閾值具有下列關係之一：(1)該待比較訊號為該轉換電壓差，該上限閾值為該第一參考電壓，該下限閾值為該第二參考電壓；(2) 該待比較訊號為該輸出電壓，該上限閾值為該輸入電壓及該第一參考電壓之和，該下限閾值為該輸入電壓及該第二參考電壓之差；(3) 該待比較訊號為該輸入電壓，該上限閾值為該輸出電壓及該第二參考電壓之和，該下限閾值為該輸出電壓及該第一參考電壓之差。
本發明之優點為本發明藉由旁通模式並配合於電感電流到達輸出電流時才切換為旁通模式，可達到無需低導通電阻旁通開關即可減弱振鈴、縮減晶粒尺寸面積並可在任何狀況下適應性抗振鈴之功效。
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。
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一升降壓切換式電源電路之電路示意圖。本發明之升降壓切換式電源電路10包含功率開關電路101、旁通切換電路105以及旁通控制電路103。
功率開關電路101包括輸入開關單元1011以及輸出開關單元1012，其中輸入開關單元1011用以將電感L之第一端（例如圖2中所示之LX1）切換於輸入電源之輸入電壓VIN或接地電位，輸出開關單元1012用以將電感L之第二端（例如圖2中所示之LX2）切換於輸出電源之輸出電壓VOUT或接地電位。就一觀點而言，功率開關電路101與電感L共同形成一升降壓切換式電源電路，用以將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT，其中輸入電壓VIN可大於、等於或小於輸出電壓VOUT。
請繼續參閱圖2，旁通控制電路103用以根據輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT之間的轉換電壓差，並根據流經電感L之電感電流IL是否到達輸出電源之輸出電流IOUT，而產生旁通控制訊號VE，其中轉換電壓差係指輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT的差值，轉換電壓差可包括輸入電壓VIN減去輸出電壓VOUT的差值，及/或輸出電壓VOUT減去輸入電壓VIN的差值。其中旁通控制訊號VE於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，控制旁通切換電路105，以將輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT電連接，使得升降壓切換式電源電路10操作於一旁通模式。
需說明的是，所謂｢流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時｣係指電感電流IL之位準通過輸出電流IOUT之位準的時間點。請參考圖5A，電感電流IL之位準可以自高於輸出電流IOUT之位準，逐漸降低而於時間點t1通過輸出電流IOUT之位準，即｢流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時｣，旁通控制訊號VE在時間點t1被致能而自低位準切換為高位準。另一方面，請參考圖5B，電感電流IL之位準也可以自低於輸出電流IOUT之位準，逐漸升高而於時間點t0通過輸出電流IOUT之位準，即｢流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時｣，旁通控制訊號VE在時間點t0被致能而自低位準切換為高位準。
請同時參閱圖4，圖4係根據本發明之一實施例顯示升降壓切換式電源電路的操作模式特性圖。在一實施例中，本發明之升降壓切換式電源電路10可操作於旁通(Bypass)模式。本發明之升降壓切換式電源電路10於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，操作於旁通模式。
以圖4為例，上述參考電壓可包括第一參考電壓Vref1及第二參考電壓Vref2，分別對應輸出電壓VOUT減去輸入電壓VIN的差值與輸入電壓VIN減去輸出電壓VOUT的差值。在本實施例中，當VOUT-VIN＜Vref1，且VIN- VOUT＜Vref2，於IL = IOUT時，使得升降壓切換式電源電路10操作於旁通模式。
請繼續參閱圖2，在一實施例中，如圖2所示，旁通切換電路105包括旁通開關E，旁通控制訊號VE於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，控制旁通開關E，以將輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT電連接。於圖2所示之實施例中，於旁通模式中，旁通開關E導通而直接電連接於輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT之間，以於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，控制旁通開關E，以將輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT直接電連接。於一實施例中，上述轉換電壓差為輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT之差值的絕對值。
圖3A係根據本發明之另一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之電路示意圖。本實施例中之電感L、功率開關電路201、旁通開關E係類似於圖2之電感L、功率開關電路101、旁通開關E，故省略其敘述。如圖3A所示，輸入開關單元2011包括一輸入上橋開關A以及一輸入下橋開關B（或者，在一實施例中，亦可為一輸入下橋二極體）。輸入上橋開關A耦接於輸入電壓VIN與電感L之第一端LX1之間，而輸入下橋開關B耦接於接地電位與電感L之第一端LX1之間。控制訊號VA及VB，用以控制輸入上橋開關A，或控制輸入上橋開關A以及輸入下橋開關B，以切換電感L之第一端LX1於輸入電壓VIN與接地電位之間。輸出開關單元2012包括一輸出下橋開關C以及一輸出上橋開關D。輸出下橋開關C係耦接於接地電位與電感L之第二端LX2之間，而輸出上橋開關D耦接於輸出電壓VOUT與電感L之第二端LX2之間。控制訊號VC及VD，用以控制輸出下橋開關C以及輸出上橋開關D，以將電感L之第二端LX2切換於輸出電壓VOUT與接地電位之間，藉由輸入上橋開關A、輸入下橋開關B、輸出下橋開關C以及輸出上橋開關D的操作，將輸入電壓VIN轉換為輸出電壓VOUT。
如圖3A所示，旁通控制電路203包括一電壓判斷電路2031及一電流判斷電路2032。電壓判斷電路2031包括一閾值控制電路20311以及一比較電路20312。閾值控制電路20311用以根據參考電壓產生一上限閾值VthU及一下限閾值VthL以及複數控制訊號Cs1、Cs2。複數控制訊號Cs1、Cs2係用以分別控制開關20313a及20313b，以分別使下限閾值VthL及上限閾值VthU輸入至比較電路20312。比較電路20312用以比較一待比較訊號VTC與上限閾值VthU及下限閾值VthL。當待比較訊號VTC介於上限閾值VthU及下限閾值VthL之間時，致能電壓判斷訊號Vd。
電流判斷電路2032包括比較電路20321及邏輯判斷電路20322。比較電路20321用以比較輸出電流感測訊號IOUT_S及電感電流感測訊號IL_S。當電感電流感測訊號IL_S到達輸出電流感測訊號IOUT_S時，致能輸出訊號Co。邏輯判斷電路20322用以根據輸出訊號Co及選擇性根據控制訊號VA、VB、VC及/或VD產生一電流判斷訊號Id。轉換控制電路2033用以根據電流判斷訊號Id及電壓判斷訊號Vd而產生旁通控制訊號VE。當電流判斷訊號Id及電壓判斷訊號Vd均為致能位準時，致能旁通控制訊號VE，而導通旁通開關E，進入旁通模式(Bypass mode)，以將輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT電連接。此外，應注意者為，本發明之升降壓切換式電源電路20之旁通控制電路203並不限於圖3A所示之架構，亦可使用其他任何可行之架構，只要可將輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT電連接即可，圖3A所示之架構係為一示範性實施例。
圖3B係根據本發明之一實施例之升降壓切換式電源電路之旁通控制電路之電壓判斷電路中之訊號的對照表，其列出了待比較訊號VTC、上限閾值VthU及下限閾值VthL之實施例。於一實施例中，待比較訊號VTC、上限閾值VthU及下限閾值VthL具有下列關係之一：(1)待比較訊號VTC正相關於該轉換電壓差VOUT-VIN，上限閾值VthU為第一參考電壓Vref1，下限閾值VthL為第二參考電壓Vref2；(2)待比較訊號VTC正相關於輸出電壓VOUT，上限閾值VthU為輸入電壓VIN及該第一參考電壓Vref1之和，下限閾值VthL為輸入電壓VIN及該第二參考電壓Vref2之差；(3)待比較訊號VTC正相關於輸入電壓VIN，上限閾值VthU為輸出電壓VOUT及該第二參考電壓Vref2之和，下限閾值VthL為輸出電壓VOUT及該第一參考電壓Vref1之差。
詳言之，於一實施例中，當待比較訊號VTC為輸入電壓感測訊號VIN_S時，上限閾值VthU為輸出電壓感測訊號VOUT_S加上第二參考電壓Vref2之值，下限閾值VthL為輸出電壓感測訊號VOUT_S減去第一參考電壓Vref1之值。於另一實施例中，當待比較訊號VTC為輸出電壓感測訊號VOUT_S時，上限閾值VthU為輸入電壓感測訊號VIN_S加上第一參考電壓Vref1之值，下限閾值VthL為輸入電壓感測訊號VIN_S減去第二參考電壓Vref2之值。於又一實施例中，當待比較訊號VTC為輸出電壓感測訊號VOUT_S減去輸入電壓感測訊號VIN_S之值時，上限閾值VthU為第一參考電壓Vref1，下限閾值VthL為第二參考電壓Vref2。其中輸入電壓感測訊號VIN_S為輸入電壓VIN的感測訊號，輸出電壓感測訊號VOUT_S為輸出電壓VOUT的感測訊號。
圖3C係根據本發明之再一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之電路示意圖。本實施例中之電感L、功率開關電路301係類似於圖2之電感L、功率開關電路101，本實施例之輸入開關單元3011、輸出開關單元3012、旁通控制電路303係類似於圖3A之輸入開關單元2011、輸出開關單元2012、旁通控制電路203，故省略其敘述。本實施例與圖3A之實施例之不同在於本實施例之旁通模式係將輸入上橋開關A及輸出上橋開關D控制為導通，亦即本實施例中之旁通切換電路308包括輸出上橋開關D與輸入開關單元中之一輸入上橋開關A，故本實施例不需要額外的旁通開關，可節省額外的旁通開關的佈局(layout)面積。旁通控制電路303於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，致能旁通控制訊號VA及VD，且禁能旁通控制訊號VB及VC，以控制輸出上橋開關D與輸入上橋開關A，以將輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT經由電感L電連接。在一實施例中，轉換控制電路3033亦於其他模式（如降壓模式或升壓模式）時，用以控制輸入上橋開關A、輸入下橋開關B、輸出下橋開關C以及輸出上橋開關D，以進行對應的電源轉換。應注意者為，本發明之升降壓切換式電源電路30之旁通控制電路303並不限於圖3C所示之架構，亦可使用其他任何可行之架構，圖3C所示之架構係為一示範性實施例。
圖3D係根據本發明之一實施例顯示圖3A及圖3C之升降壓切換式電源電路之旁通控制電路之電壓判斷電路的另一實施例之電路示意圖。本實施例之待比較訊號VTC、上限閾值VthU及下限閾值VthL亦可使用圖3B所列之實施例。電壓判斷電路2031’包括一閾值控制電路20311以及比較電路20312’a及20312’b。閾值控制電路20311用以根據參考電壓產生一上限閾值VthU及一下限閾值VthL。比較電路20312’a用以比較待比較訊號VTC與上限閾值VthU，而產生比較結果CPOU，比較電路20312’b用以比較待比較訊號VTC及下限閾值VthL，而產生比較結果CPOL。當待比較訊號VTC小於上限閾值VthU，且待比較訊號VTC大於下限閾值VthL時，經由例如但不限於圖3D所示之反及閘20314’致能電壓判斷訊號Vd。
於一實施例中，參照圖3C，輸出電流感測訊號IOUT_S例如可經由串聯一感測電阻於輸出電壓VOUT與負載之間而感測而得。於一實施例中，電感電流感測訊號IL_S可經由偵測輸入上橋開關A、輸入下橋開關B、輸出下橋開關C或輸出上橋開關D中之電流而得。於另一實施例中，電感電流感測訊號IL_S亦可經由例如圖3E所示之電感電流偵測電路所測得。
圖3E係根據本發明之一實施例顯示一示範性的電感電流偵測電路之電路示意圖。電感電流偵測電路40包括電容Cl及電阻R，其互相串聯後與電感L及電感L之寄生電阻Rpara並聯，藉此電容Cl之跨壓VDCR會與電感L之跨壓VL相關，藉此可得到相關於電感電流IL的訊號。
請繼續參閱圖4，在一實施例中，本發明之升降壓切換式電源電路可操作於升壓(Boost)模式、旁通(Bypass)模式、升降壓(Buck-Boost)模式或降壓(Buck)模式。本實施例中只有在旁通模式的下方有升降壓(Buck-Boost)模式。如圖4所示，在本實施例中，按照輸出電壓VOUT與輸入電壓VIN的差值由大而小由正而負的順序，而使得升降壓切換式電源電路操作於對應的模式：升壓模式、旁通模式、升降壓模式、降壓模式。
本發明之升降壓切換式電源電路於該轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，操作於旁通模式，並於該轉換電壓差不低於參考電壓時，根據輸入電壓VIN與輸出電壓VOUT之間的關係，可操作於一降壓(Buck)模式、一升降壓(Buck-Boost)模式或一升壓(Boost)模式。
於一實施例中，上述參考電壓可包括第一參考電壓及第二參考電壓。如圖4所示，第一參考電壓為Vref1，第二參考電壓為Vref2，上限閾值為VthU，下限閾值為VthL，第二中介閾值為VthM2。當輸出電壓VOUT減去輸入電壓VIN之差值低於第一參考電壓Vref1，且輸入電壓VIN減去輸出電壓VOUT之差值低於第二參考電壓Vref2，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE被致能，使得本發明之升降壓切換式電源電路操作於旁通模式。於一實施例中，本發明之升降壓切換式電源電路於輸出電壓VOUT減去輸入電壓VIN之差值不低於第一參考電壓Vref1時，操作於升壓模式，並於輸入電壓VIN減去輸出電壓VOUT之差值介於第二參考電壓Vref2與第二中介閾值VthM2之間時，操作於升降壓模式，並於輸入電壓VIN減去輸出電壓VOUT之差值不低於第二中介閾值VthM2時，操作於降壓模式。於一實施例中，第一參考電壓Vref1及第二參考電壓Vref2具有以下關係之一：(1)第一參考電壓Vref1等於第二參考電壓Vref2，且第一參考電壓Vref1及第二參考電壓Vref2皆不為零；(2)第一參考電壓Vref1等於零，第二參考電壓Vref2不為零；(3)第二參考電壓Vref2等於零，第一參考電壓Vref1不為零；或者(4)第一參考電壓Vref1不等於第二參考電壓Vref2，且第一參考電壓Vref1及第二參考電壓Vref2皆不為零。
圖5A係顯示圖3A之電路的訊號波形示意圖。輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、旁通控制訊號VE、電壓判斷訊號Vd、電流判斷訊號Id、電感電流IL及輸出電流IOUT係如圖5A所示。請同時參照圖5A及圖3A，當升降壓切換式電源電路20操作於升降壓(Buck-Boost)模式且輸入開關單元2011之輸入下橋開關B(或一輸入下橋二極體)及輸出開關單元2012之輸出上橋開關D均為導通時，於轉換電壓差低於參考電壓(亦即輸入電壓VIN高於下限閾值VthL)，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，如圖5A所示之時間點t1，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由升降壓模式切換為旁通模式。
圖5B係根據本發明之另一實施例顯示圖3A之電路的訊號波形示意圖。輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT、旁通控制訊號VE、電壓判斷訊號Vd、電流判斷訊號Id、電感電流IL及輸出電流IOUT係如圖5B所示。請同時參照圖5B及圖3A，當升降壓切換式電源電路20操作於升降壓(Buck-Boost)模式且輸入開關單元2011之輸入上橋開關A及輸出開關單元2012之輸出下橋開關C均為導通時，於轉換電壓差低於參考電壓(亦即輸入電壓VIN低於上限閾值VthU)，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，如圖5B所示之時間點t0，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由升降壓模式切換為旁通模式。
圖6A-圖6C係根據本發明之數個實施例顯示升降壓切換式電源電路之操作模式特性圖。應注意者為，圖6A、圖6B或圖6C可適用於圖3A、圖3C中任一個實施例。同樣地，圖4亦可適用於圖3A、圖3C中任一個實施例。如圖6A所示，第一參考電壓為Vref1，第二參考電壓為Vref2，上限閾值為VthU，下限閾值為VthL，第一中介閾值為VthM1，第二中介閾值為VthM2。本實施例與圖4的不同在於本實施例之升降壓切換式電源電路於該轉換電壓差不低於第一參考電壓Vref1時，根據輸入電壓VIN與輸出電流IOUT，更操作於一升降壓(Buck-Boost)模式。如圖6A所示，轉換電壓差(以VOUT-VIN為例)由大而小，根據以下之的順序而操作於對應的模式：升壓模式、升降壓模式、旁通模式、升降壓模式、降壓模式。
如圖6B所示，第一參考電壓為Vref1，第二參考電壓為Vref2，上限閾值為VthU，下限閾值為VthL，第一中介閾值為VthM1。本實施例與圖6A的不同在於本實施例僅在旁通模式的上方具有升降壓(Buck-Boost)模式。如圖6B所示，轉換電壓差由大而小(以VOUT-VIN為例)，根據以下的順序而操作於對應的模式：升壓模式、升降壓模式、旁通模式、降壓模式。
圖6C係根據本發明之又一實施例顯示升降壓切換式電源電路之操作模式特性圖。如圖6C所示，第一參考電壓為Vref1，第二參考電壓為Vref2，上限閾值為VthU，下限閾值為VthL。本實施例與圖6A的不同在於本實施例不具有升降壓(Buck-Boost)模式。如圖6C所示，該轉換電壓差由大而小，根據以下之一的順序而操作於對應的模式：升壓模式、旁通模式、降壓模式。
圖7A~圖7E係根據本發明之實施例顯示分別由升降壓模式、降壓模式及升壓模式切換為旁通模式的訊號波形示意圖。應注意者為，圖7A~7E可適用於圖3A、圖3C中任一個實施例。同樣地，圖5A與5B中電感電流IL及輸出電流IOUT之波形圖亦可適用於圖3A、圖3C中任一個實施例。請同時參照圖7A及圖3A所示，當升降壓切換式電源電路20操作於升降壓(Buck-Boost)模式且輸入開關單元2011之輸入上橋開關A及輸出開關單元2012之輸出下橋開關C均為導通(如圖7A之AC所示，AC代表輸入上橋開關A及輸出下橋開關C均為導通的時段，BD代表輸入下橋開關B及輸出上橋開關D均為導通的時段)時，於轉換電壓差低於參考電壓，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由升降壓模式切換為旁通模式。根據本發明，除了轉換電壓差低於參考電壓，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制電路203致能旁通控制訊號VE，旁通控制電路203中的邏輯判斷電路20322可更根據控制訊號VA、VB、VC及/或VD是否導通所對應的開關，而選擇在特定的開關組合導通或不導通時，產生電流判斷訊號Id。舉例而言，如圖7A與圖5A所示，邏輯判斷電路20322除了在電感電流IL到達輸出電流IOUT時，更根據控制訊號VA與VC皆導通輸入上橋開關A及輸出下橋開關C時，才致能電流判斷訊號Id。當然，在另一種實施例中，邏輯判斷電路20322也可以根據控制訊號VB與VD皆導通輸入下橋開關B及輸出上橋開關D時，才致能電流判斷訊號Id。
請同時參照圖7B及圖3A所示，在本實施例中，當升降壓切換式電源電路20操作於降壓(Buck)模式且輸入開關單元2011之輸入下橋開關B(或輸入下橋二極體)及輸出開關單元2012之輸出上橋開關D均為導通(如圖7B之BD所示)時，於轉換電壓差低於參考電壓，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由降壓模式切換為旁通模式。
請同時參照圖7C及圖3A所示，在本實施例中，當升降壓切換式電源電路20操作於降壓(Buck)模式且輸入開關單元2011之輸入上橋開關A及輸出開關單元2012之輸出上橋開關D均為導通(如圖7C之AD所示，AD代表輸入上橋開關A及輸出上橋開關D均為導通的時段)時，於轉換電壓差低於參考電壓，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由降壓模式切換為旁通模式。
請同時參照圖7D及圖3A所示，當升降壓切換式電源電路20操作於升壓(Boost)模式且輸入開關單元2011之輸入上橋開關A及輸出開關單元2012之輸出上橋開關D均為導通(如圖7D之AD所示)時，於轉換電壓差低於參考電壓，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由升壓模式切換為旁通模式。
請同時參照圖7E及圖3A所示，當升降壓切換式電源電路20操作於升壓(Boost)模式且輸入開關單元2011之輸入上橋開關A及輸出開關單元2012之輸出下橋開關C均為導通(如圖7E之AC所示)時，於轉換電壓差低於參考電壓，且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制旁通切換電路205，以將輸入電源與輸出電源電連接，使得升降壓切換式電源電路20由升壓模式切換為旁通模式。
圖8係根據本發明之再一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之控制方法。本發明之升降壓切換式電源電路之控制方法50包含於步驟501，根據輸入電源之輸入電壓VIN與輸出電源之輸出電壓VOUT間的轉換電壓差並根據流經電感L之電感電流IL是否到達輸出電源之輸出電流IOUT，產生一旁通控制訊號VE。之後，於步驟502，於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制將輸入電源與輸出電源電連接。於一實施例中，步驟502可包含步驟5021a或步驟5021b。於步驟5021a，於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制輸出上橋開關D與輸入上橋開關A，以將輸入電源與輸出電源經由電感L電連接。於步驟5021b，於轉換電壓差低於參考電壓且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，旁通控制訊號VE控制旁通開關E為導通，其中旁通開關E直接電連接於輸入電源與輸出電源之間。
圖9係根據本發明之又一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之控制方法。於一實施例中，步驟501可包含步驟5011及步驟5012。於步驟5011，根據參考電壓，而產生一上限閾值VthU及一下限閾值VthL。於步驟5012，比較一待比較訊號VTC與上限閾值VthU及下限閾值VthL，當待比較訊號VTC介於上限閾值VthU及下限閾值VthL之間且流經電感L之電感電流IL到達輸出電流IOUT時，致能旁通控制訊號VE，以將輸入電源與輸出電源電連接，其中待比較訊號VTC、上限閾值VthU及下限閾值VthL具有下列關係之一：(1)待比較訊號VTC為轉換電壓差，上限閾值VthU為第一參考電壓Vref1，下限閾值VthL為第二參考電壓Vref2；(2)待比較訊號VTC為輸出電壓VOUT，上限閾值VthU為輸入電壓VIN及第一參考電壓Vref1之和，下限閾值VthL為輸入電壓VIN及第二參考電壓Vref2之差；(3)待比較訊號VTC為輸入電壓VIN，上限閾值VthU為輸出電壓VOUT及第二參考電壓Vref2之和，下限閾值VthL為輸出電壓VOUT及第一參考電壓Vref1之差。
本發明如上所述提供了一種升降壓切換式電源電路及其控制方法，其藉由旁通模式並配合於電感電流到達輸出電流時才切換進旁通模式可達到無需低導通電阻旁通開關即可減弱振鈴、縮減晶粒尺寸面積並可在任何狀況下適應性抗振鈴之功效。
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最廣的權利範圍。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。
10,20,30:升降壓切換式電源電路 101,201,301:功率開關電路 1011,2011,3011:輸入開關單元 1012,2012,3012:輸出開關單元 103,203,303:旁通控制電路 105,205,308:旁通切換電路 2031,2031’,3031:電壓判斷電路 20311,30311:閾值控制電路 20312,20312’a,20312’b,20321,30312,30321:比較電路 20313a,20313b,30313a,30313b:開關 20314’:反及閘 2032,3032:電流判斷電路 20322,30322:邏輯判斷電路 2033,3033:轉換控制電路 40:電感電流偵測電路 50:控制方法 501,502,5021a,5021b,5011,5012:步驟 A:輸入上橋開關 AC:輸入上橋開關及輸出下橋開關均為導通的時段 AD:輸入上橋開關及輸出上橋開關均為導通的時段 B:輸入下橋開關 BD:輸入下橋開關及輸出上橋開關均為導通的時段 Boost:升壓 Buck:降壓 Buck-Boost:升降壓 Buck-Boost mode:升降壓模式 Bypass:旁通 Bypass mode:旁通模式 C:輸出下橋開關 Co:輸出訊號 CPOU,CPOL:比較結果 Cl:電容 Cs1,Cs2:控制訊號 D:輸出上橋開關 E:旁通開關 I:電流 Id:電流判斷訊號 IL:電感電流 IL_S:電感電流感測訊號 IOUT:輸出電流 IOUT_S:輸出電流感測訊號 L:電感 LX1:第一端 LX2:第二端 R:電阻 Rpara:寄生電阻 t0,t1:時間點 V:電壓 VA,VB,VC,VD:(旁通)控制訊號 VDCR,VL:跨壓 Vd:電壓判斷訊號 VE:旁通控制訊號 VIN:輸入電壓 VIN_S:輸入電壓感測訊號 VOUT:輸出電壓 VOUT_S:輸出電壓感測訊號 VTC:比較訊號 Vref1:第一參考電壓 Vref2:第二參考電壓 VthL:下限閾值 VthM1:第一中介閾值 VthM2:第二中介閾值 VthU:上限閾值
圖1係顯示一習知之升降壓切換式電源電路的訊號波形示意圖。
圖2係根據本發明之一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之電路示意圖。
圖3A係根據本發明之另一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之電路示意圖。
圖3B係根據本發明之一實施例顯示升降壓切換式電源電路之旁通控制電路之電壓判斷電路中之訊號的對照表。
圖3C係根據本發明之再一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之電路示意圖。
圖3D係根據本發明之一實施例顯示圖3A及圖3C之升降壓切換式電源電路之旁通控制電路之電壓判斷電路的另一實施例之電路示意圖。
圖3E係根據本發明之一實施例顯示一示範性的電感電流偵測電路之電路示意圖。
圖4係根據本發明之一實施例顯示升降壓切換式電源電路的操作模式特性圖。
圖5A係顯示圖3A之電路的訊號波形示意圖。
圖5B係根據本發明之另一實施例顯示圖3A之電路的訊號波形示意圖。
圖6A係根據本發明之另一實施例顯示升降壓切換式電源電路之操作模式特性圖。
圖6B係根據本發明之再一實施例顯示升降壓切換式電源電路之操作模式特性圖。
圖6C係根據本發明之又一實施例顯示升降壓切換式電源電路之操作模式特性圖。
圖7A~圖7E係根據本發明之實施例顯示分別由升降壓模式、降壓模式及升壓模式切換為旁通模式的訊號波形示意圖。
圖8係根據本發明之再一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之控制方法。
圖9係根據本發明之又一實施例顯示一升降壓切換式電源電路之控制方法。
20:升降壓切換式電源電路
201:功率開關電路
2011:輸入開關單元
2012:輸出開關單元
203:旁通控制電路
205:旁通切換電路
2031:電壓判斷電路
20311:閾值控制電路
20312,20321:比較電路
20313a,20313b:開關
2032:電流判斷電路
20322:邏輯判斷電路
2033:轉換控制電路
A:輸入上橋開關
B:輸入下橋開關
C:輸出下橋開關
Co:輸出訊號
Cs1,Cs2:控制訊號
D:輸出上橋開關
E:旁通開關
Id:電流判斷訊號
IL:電感電流
IL_S:電感電流感測訊號
IOUT:輸出電流
IOUT_S:輸出電流感測訊號
L:電感
LX1:第一端
LX2:第二端
VA,VB,VC,VD:(旁通)控制訊號
Vd:電壓判斷訊號
VE:旁通控制訊號
VIN:輸入電壓
VIN_S:輸入電壓感測訊號
VOUT:輸出電壓
VOUT_S:輸出電壓感測訊號
VTC:比較訊號
VthL:下限閾值
VthU:上限閾值

Claims (26)

  1. 一種升降壓切換式電源電路，用以將一輸入電源，轉換為一輸出電源，其包含： 一功率開關電路，包括一輸入開關單元以及一輸出開關單元，其中該輸入開關單元用以將一電感之一第一端切換於該輸入電源或一接地電位，該輸出開關單元用以將該電感之一第二端切換於該輸出電源或該接地電位，以將該輸入電源轉換為該輸出電源； 一旁通(Bypass)控制電路，用以根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電源之一輸出電壓間的一轉換電壓差並根據流經該電感之一電感電流是否到達該輸出電源之一輸出電流，以產生一旁通控制訊號；以及 一旁通切換電路，其中該旁通控制訊號於該轉換電壓差低於一參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路操作於一旁通模式。
  2. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中當該升降壓切換式電源電路操作於一降壓(Buck)模式時，該輸出開關單元之一輸出上橋開關導通，該輸出開關單元之一輸出下橋開關不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該降壓模式切換為該旁通模式。
  3. 如請求項2所述之升降壓切換式電源電路，其中當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
  4. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中當該升降壓切換式電源電路操作於一升降壓(Buck-Boost)模式時，該電感輪流串接於該輸入電源與該接地電位之間與該輸出電源與該接地電位之間，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該升降壓模式切換為該旁通模式。
  5. 如請求項4所述之升降壓切換式電源電路，其中當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
  6. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中當該升降壓切換式電源電路操作於一升壓(Boost)模式時，該輸入開關單元之一輸入上橋開關為導通，且該輸入開關單元之一輸入下橋開關為不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該升壓模式切換為該旁通模式。
  7. 如請求項6所述之升降壓切換式電源電路，其中當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制該旁通切換電路，以將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
  8. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中該旁通切換電路包括該輸出開關單元中之一輸出上橋開關與該輸入開關單元中之一輸入上橋開關，該旁通控制電路於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，產生該旁通控制訊號控制該輸出上橋開關與該輸入上橋開關皆為導通，以將該輸入電源與該輸出電源經由該電感電連接。
  9. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中該旁通切換電路包括一旁通開關，該旁通開關直接電連接於該輸入電源與該輸出電源之間，該旁通控制電路於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，產生該旁通控制訊號控制該旁通開關為導通，以將該輸入電源與該輸出電源直接電連接。
  10. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中該轉換電壓差為該輸入電壓與該輸出電壓之差值的絕對值。
  11. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中該參考電壓包括一第一參考電壓及一第二參考電壓，其中當該輸出電壓減去該輸入電壓之差值低於該第一參考電壓，且該輸入電壓減去該輸出電壓之差值低於該第二參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號被致能，其中該第一參考電壓及該第二參考電壓具有以下關係之一： (1) 該第一參考電壓等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零； (2) 該第一參考電壓等於零，該第二參考電壓不為零； (3) 該第二參考電壓等於零，該第一參考電壓不為零；或者 (4) 該第一參考電壓不等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零。
  12. 如請求項11所述之升降壓切換式電源電路，其中該旁通控制電路包括： 一閾值控制電路，用以根據該參考電壓，而產生一上限閾值及一下限閾值；以及 一比較電路，用以比較一待比較訊號與該上限閾值及該下限閾值，當該待比較訊號介於該上限閾值及該下限閾值之間且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，致能該旁通控制訊號，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，其中該待比較訊號、該上限閾值及該下限閾值具有下列關係之一： (1)該待比較訊號為該轉換電壓差，該上限閾值為該第一參考電壓，該下限閾值為該第二參考電壓； (2) 該待比較訊號為該輸出電壓，該上限閾值為該輸入電壓及該第一參考電壓之和，該下限閾值為該輸入電壓及該第二參考電壓之差； (3) 該待比較訊號為該輸入電壓，該上限閾值為該輸出電壓及該第二參考電壓之和，該下限閾值為該輸出電壓及該第一參考電壓之差。
  13. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中該輸入開關單元包括： 一輸入上橋開關，耦接於該輸入電源與該電感之該第一端之間；以及 一輸入下橋開關或一輸入下橋二極體，耦接於該接地電位與該電感之該第一端之間； 其中該輸入上橋開關，以及該輸入下橋開關或該輸入下橋二極體，用以切換該電感之該第一端於該輸入電源或該接地電位。
  14. 如請求項1所述之升降壓切換式電源電路，其中該輸出開關單元包括： 一輸出下橋開關，耦接於該接地電位與該電感之該第二端之間；以及 一輸出上橋開關，耦接於該輸出電源與該電感之該第二端之間； 其中該輸出下橋開關以及該輸出上橋開關，用以將該電感之該第二端切換於該輸出電源或該接地電位。
  15. 一種用以控制一升降壓切換式電源電路的控制方法，用以將一輸入電源，轉換為一輸出電源，該升降壓切換式電源電路包括一功率開關電路，該功率開關電路包括一輸入開關單元以及一輸出開關單元，其中該輸入開關單元用以將一電感之一第一端切換於該輸入電源或一接地電位，該輸出開關單元用以將該電感之一第二端切換於該輸出電源或該接地電位，以將該輸入電源轉換為該輸出電源，該控制方法包含： 根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電源之一輸出電壓間的一轉換電壓差並根據流經該電感之一電感電流是否到達該輸出電源之一輸出電流，產生一旁通控制訊號；以及 於該轉換電壓差低於一參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路操作於一旁通模式。
  16. 如請求項15所述之控制方法，其中當該升降壓切換式電源電路操作於一降壓(Buck)模式時，該輸出開關單元之一輸出上橋開關導通，該輸出開關單元之一輸出下橋開關不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該降壓模式切換為該旁通模式。
  17. 如請求項16所述之控制方法，其中當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
  18. 如請求項15所述之控制方法，其中當該升降壓切換式電源電路操作於一升降壓(Buck-Boost)模式時，該電感輪流串接於該輸入電源與該接地電位之間與該輸出電源與該接地電位之間，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路由該升降壓模式切換為該旁通模式。
  19. 如請求項18所述之控制方法，其中當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
  20. 如請求項15所述之控制方法，其中當該升降壓切換式電源電路操作於一升壓(Boost)模式時，該輸入開關單元之一輸入上橋開關為導通，且該輸入開關單元之一輸入下橋開關為不導通，於該轉換電壓差低於該參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號控制將該輸入電源與該輸出電源電連接，使得該升降壓切換式電源電路切換為該旁通模式。
  21. 如請求項20所述之控制方法，其中當該升降壓切換式電源電路操作於該旁通模式時，於該轉換電壓差不低於該參考電壓時，該旁通控制訊號控制將該升降壓切換式電源電路切換離開該旁通模式。
  22. 如請求項15所述之控制方法，其中該旁通控制訊號於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，控制該輸出開關單元之一輸出上橋開關與該輸入開關單元之一輸入上橋開關皆為導通，以將該輸入電源與該輸出電源經由該電感電連接。
  23. 如請求項15所述之控制方法，其中該旁通控制訊號於該轉換電壓差低於該參考電壓且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，控制一旁通開關為導通，以將該輸入電源與該輸出電源直接電連接，其中該旁通開關直接電連接於該輸入電源與該輸出電源之間。
  24. 如請求項15所述之控制方法，其中該轉換電壓差為該輸入電壓與該輸出電壓之差值的絕對值。
  25. 如請求項15所述之控制方法，其中該參考電壓包括一第一參考電壓及一第二參考電壓，其中當該輸出電壓減去該輸入電壓之差值低於該第一參考電壓，且該輸入電壓減去該輸出電壓之差值低於該第二參考電壓，且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，該旁通控制訊號被致能，其中該第一參考電壓及該第二參考電壓具有以下關係之一： (1) 該第一參考電壓等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零； (2) 該第一參考電壓等於零，該第二參考電壓不為零； (3) 該第二參考電壓等於零，該第一參考電壓不為零；或者 (4) 該第一參考電壓不等於該第二參考電壓，且該第一參考電壓及該第二參考電壓皆不為零。
  26. 如請求項25所述之控制方法，其中該產生該旁通控制訊號之步驟包括： 根據該參考電壓，而產生一上限閾值及一下限閾值；以及 比較一待比較訊號與該上限閾值及該下限閾值，當該待比較訊號介於該上限閾值及該下限閾值之間且流經該電感之該電感電流到達該輸出電流時，致能該旁通控制訊號，以將該輸入電源與該輸出電源電連接，其中該待比較訊號、該上限閾值及該下限閾值具有下列關係之一： (1)該待比較訊號為該轉換電壓差，該上限閾值為該第一參考電壓，該下限閾值為該第二參考電壓； (2) 該待比較訊號為該輸出電壓，該上限閾值為該輸入電壓及該第一參考電壓之和，該下限閾值為該輸入電壓及該第二參考電壓之差； (3) 該待比較訊號為該輸入電壓，該上限閾值為該輸出電壓及該第二參考電壓之和，該下限閾值為該輸出電壓及該第一參考電壓之差。
TW111121941A 2021-12-30 2022-06-14 能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路及其控制方法 TWI805407B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US18/146,493 US20230216410A1 (en) 2021-12-30 2022-12-27 Buck-boost switching regulator capable of damping out the ringing and control method thereof

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US202263298679P 2022-01-12 2022-01-12
US63/298679 2022-01-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
TWI805407B true TWI805407B (zh) 2023-06-11
TW202329596A TW202329596A (zh) 2023-07-16

Family

ID=87177576

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
TW111121941A TWI805407B (zh) 2021-12-30 2022-06-14 能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路及其控制方法

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN116470757A (zh)
TW (1) TWI805407B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106549471A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 立隼半导体股份有限公司 功率管理电路
US20180294776A1 (en) * 2011-11-18 2018-10-11 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for reducing inductor ringing of a voltage converter
WO2020019300A1 (zh) * 2018-07-27 2020-01-30 华为技术有限公司 一种终端设备的供电电路、终端设备及供电方法
US20210203179A1 (en) * 2019-12-26 2021-07-01 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Power Management Circuit

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180294776A1 (en) * 2011-11-18 2018-10-11 Skyworks Solutions, Inc. Apparatus and methods for reducing inductor ringing of a voltage converter
CN106549471A (zh) * 2015-09-17 2017-03-29 立隼半导体股份有限公司 功率管理电路
WO2020019300A1 (zh) * 2018-07-27 2020-01-30 华为技术有限公司 一种终端设备的供电电路、终端设备及供电方法
US20210203179A1 (en) * 2019-12-26 2021-07-01 Dialog Semiconductor (Uk) Limited Power Management Circuit

Also Published As

Publication number Publication date
CN116470757A (zh) 2023-07-21
TW202329596A (zh) 2023-07-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101030798B1 (ko) 역률 보상 회로
TWI492511B (zh) 升降壓變換器及其控制器和控制方法
TWI397244B (zh) 具內部漣波補償之降壓型電源轉換器
CN102957303B (zh) 一种控制电路、开关变换器及其控制方法
US10014777B1 (en) Buck-boost DC-DC converter
US7196499B1 (en) DC/DC converter with inductor current sensing capability
KR102641551B1 (ko) 강압형 dc-dc 컨버터
KR20090027149A (ko) 동기 정류형 스위칭 레귤레이터
TW200541197A (en) DC-to-DC converter
CN108768142A (zh) 一种自举电路
CN111796196B (zh) Buck变换器故障检测方法
CN110022051A (zh) 用于驱动功率级的装置和方法
TW201705663A (zh) 用於磁滯電流控制模式的單電感雙輸出電源轉換器及其控制方法
US20240030817A1 (en) Dynamic biasing circuit for main comparator to improve load-transient and line-transient performance of buck converter in 100% mode
IT201800008221A1 (it) Convertitore elettronico, circuito integrato e procedimento di funzionamento di un convertitore elettronico corrispondenti
CN112054678A (zh) 一种基于输入电压对服务器电源进行优化的系统及方法
TWI692185B (zh) 升壓轉換器
TWI805407B (zh) 能減弱振鈴的升降壓切換式電源電路及其控制方法
CN110504832B (zh) 用于高压buck开关变换器的控制电路及方法
CN106160458B (zh) 改善瞬态响应的boost电路
KR101274212B1 (ko) 역률 보상 회로
CN113014099B (zh) 开关电源及其控制电路和方法
CN104396129B (zh) 开关电源电路
CN100477460C (zh) 具有电感电流检测功能的直流/直流变换器
US8294436B2 (en) DC/DC converter and method for controlling a DC/DC converter