TWI829110B - 電源轉換裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種電源轉換裝置。電源轉換裝置包括一電源轉換電路、一回饋電路及一頻率控制電路。回饋電路輸出一比較輸出訊號。頻率控制電路包括一鎖相迴路電路、一導通時間電路及一SR正反器。鎖相迴路電路接收一參考時脈訊號及電源轉換電路中的一電感電壓，以提供一鎖相訊號。導通時間電路接收鎖相訊號、電感電壓、一輸入電壓以及一輸出電壓，以提供一導通時間比較訊號。 SR正反器包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。第一輸入端接收導通時間比較訊號。第二輸入端接收比較輸出訊號，以經由輸出端輸出一導通時間訊號。頻率控制電路根據輸入電壓以及輸出電壓的電壓改變，即時調整導通時間比較訊號的導通時間，以輸出調整後的導通時間訊號至電源轉換電路。

Description

電源轉換裝置
本發明涉及一種電源轉換裝置，特別是涉及一種具有固定導通時間的電源轉換裝置。
具有固定導通時間相關電路(Constant on time, COT)的電源轉換裝置，通常為了精準同步頻率會增加鎖相迴路電路(Phase-Locked loop, PLL)，然而，一般的鎖相迴路電路控制方法在非連續導通模式(Discontinuous-Conduction Mode, DCM)下，電感電壓的頻率變化，則會使得鎖相迴路電路無法進行頻率追蹤。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種具有固定導通時間的電源轉換裝置，包括：一電源轉換電路、一回饋電路及一頻率控制電路，所述回饋電路輸出一比較輸出訊號，所述頻率控制電路包括一鎖相迴路電路、一導通時間電路及一SR正反器，所述一鎖相迴路電路接收一參考時脈訊號及所述電源轉換電路中的一電感電壓，以提供一鎖相訊號，所述導通時間電路，接收所述鎖相訊號、所述電感電壓、一輸入電壓以及一輸出電壓，以提供一導通時間比較訊號，所述SR正反器，包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，所述第一輸入端接收所述導通時間比較訊號，所述第二輸入端接收所述比較輸出訊號，以經由所述輸出端輸出一導通時間訊號；其中，所述頻率控制電路根據所述輸入電壓以及所述輸出電壓的電壓改變，即時調整所述導通時間比較訊號的導通時間，以輸出調整後的所述導通時間訊號至所述電源轉換電路。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電源轉換裝置可以通過簡易電路進行非連續導通模式的頻率追蹤，並且還可以根據輸入電壓的電壓改變以及輸出電壓的電壓改變，即時改變非連續導通模式的導通時間。此外，本發明的頻率控制電路，不會因為負載變化而改變頻率。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電源轉換裝置”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
在本發明中，圖示中的電子元件若是具有三個腳位以上，則以腳位附近的標號為腳位標示。若是具有兩個腳位的電子元件，則以左側端或是上側端為輸入端或是第一端，右側端或是下側端為輸出端或是第二端。
[第一實施例]
請參閱圖1，圖1是本發明第一實施例的電源轉換裝置示意圖。
在本實施例中，提供一種固定導通時間的電源轉換裝置SYS。
電源轉換裝置SYS包括一電源轉換電路1、一頻率控制電路2以及一回饋電路3。頻率控制電路2連接電源轉換電路1。回饋電路3則是連接電源轉換電路1以及頻率控制電路2。
頻率控制電路2至少接收一參考時脈訊號REF_CLK以及電源轉換電路1中的一電感電壓LX以提供一導通時間訊號TON。頻率控制電路2還接收回饋電路提供的一比較輸出訊號CPOUT，並根據比較訊號、參考時脈訊號REF_CLK以及電源轉換電路1中的電感電壓LX提供導通時間訊號TON。
在本實施例中，導通時間訊號TON是一個提供一固定導通時間的導通時間訊號。也就是，本實施例的電源轉換裝置SYS可以在不連續導通模式(Discontinuous-Conduction Mode, DCM)或是連續導通模式(Continuous-Conduction Mode)的切換過程，也保持固定導通時間進行操作。
在本實施例中，頻率控制電路2包括一SR正反器21、一導通時間電路22以及一鎖相迴路電路23。鎖相迴路電路23連接導通時間電路22。SR正反器21包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。導通時間電路22連接SR正反器21的第一輸入端R。SR正反器的輸出端Q連接電源轉換電路1。SR正反器21的第二輸入端S則是連接回饋電路3。回饋電路3包括一回饋訊號電路31以及一比較器32。比較器32包括一第一輸入端-、一第二輸入端+以及一輸出端。回饋訊號電路31的一端連接電源轉換電路1。回饋訊號電路31的另一端連接比較器32的第一輸入端-。比較器的第二輸入端+連接一參考電壓REF。回饋訊號電路31提供一回饋訊號FB至比較器32的第一輸入端-。
電源轉換電路1包括一控制電路11、一驅動單元12、一上橋開關單元13、一下橋開關單元14、一電感單元15、一零電流偵測電路16以及一負載電容Cload。
控制電路11連接頻率控制電路2的SR正反器21，以接收頻率控制電路2提供的導通時間訊號TON。驅動單元12連接控制電路11。上橋開關單元13包括一第一端、一第二端以及一第三端。上橋開關單元13的第一端連接一輸入電壓VIN。上橋開關單元13的第二端連接驅動單元12。下橋開關單元14包括一第一端、一第二端以及一第三端。下橋開關單元14的第一端連接上橋開關單元13的第三端。下橋開關單元14的第二端連接驅動單元12。下橋開關單元14的第三端連接一接地電壓。驅動單元12提供上橋電壓訊號UG至上橋開關單元13的第二端。驅動單元12提供下橋電壓訊號LG至下橋開關單元14的第二端。
電感單元15包括一第一端以及一第二端。電感單元15的第一端連接上橋開關單元13的第三端以及下橋開關單元14的第一端。電感電壓LX是電感單元15的第一端、上橋開關單元13的第三端以及下橋開關單元14的第一端互相連接的一節點的電壓。電感電流IL則是流經電感單元15的電流。
負載電容Cload包括一第一端以及一第二端。負載電容Cload的第一端連接電感單元15的第二端。負載電容Cload的第二端連接接地電壓。
零電流偵測電路16包括一第一端以及一第二端。零電流偵測電路16的第一端連接控制電路11。零電流偵測電路16的第二端連接所述上橋開關單元13的第三端、下橋開關單元14的第一端以及電感單元15的第一端。零電流偵測電路16提供一零電流切換訊號ZC至控制電路11。
導通時間電路22接收上橋開關單元13的第二端的一電壓訊號UG、電感電壓LX 、輸入電壓VIN以及電源轉換裝置SYS的輸出電壓VOUT。
[第二實施例]
請參閱圖2，圖2是本發明第二實施例的電源轉換裝置示意圖。
在本實施例中，電源轉換裝置SYS’與第一實施例的電源轉換裝置SYS類似，主要的差異是頻率控制電路2還包括一可程式時脈訊號電路24。
可程式時脈訊號電路24連接鎖相迴路電路23。可程式時脈訊號電路24接收電感電壓LX、輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT，以提供一可程式時脈訊號CLKP。
可程式時脈訊號電路24是接收電感電壓LX、輸入電壓VIN以及輸出端VOUT的電壓進行工作，以輸出可程式時脈訊號CLKP。
鎖相迴路電路23接收參考時脈訊號REF_CLK、電感電壓LX以及可程式時脈訊號CLKP以提供一鎖相訊號至導通時間電路22。導通時間電路22則根據鎖相訊號、上橋開關單元13的第二端的上橋電壓訊號UG、電感電壓LX、輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT提供一導通時間比較訊號COMP至SR正反器21。接著SR正反器21則根據導通時間比較訊號COMP以及回饋電路3的比較器32的比較輸出訊號CPOUT提供一導通時間訊號TON至控制電路11。
在本實施例中，在連續導通模式時可以是利用電感電壓LX以及可程式時脈訊號CLKP決定導通時間訊號TON的導通時間。
在非連續導通模式則可以利用可程式時脈訊號CLKP決定導通時間訊號TON的導通時間。
在另一實施例中，在連續導通模式以及非連續導通模式時，都可以利用可程式時脈訊號CLKP決定導通時間訊號TON的導通時間。
在本實施例中，頻率控制電路2的導通時間電路22可以偵測輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT，以在非連續導通模式下，仍然能即時反應外部頻率，以提供適當的導通時間訊號TON。
請參閱圖3，圖3是本發明第二實施例的可程式時脈訊號電路的方塊圖。
可程式時脈訊號電路24包括一相位偵測電路24A、一電流泵24B、一運算單元電路24C、一壓控振盪器24D以及一模式選擇電路24E。
相位偵測電路24A連接電流泵24B。電流泵24B連接運算單元電路24C。運算單元電路24C連接壓控振盪器24D。壓控振盪器24D連接模式選擇電路24E。模式選擇電路24E則是提供可程式時脈訊號CLKP至相位偵測電路24A。
透過相位偵測電路24A以及充電泵24B、且根據參考時脈訊號REF_CLK以及可程式時脈訊號CLKP，可以產生出頻率偵測電壓VPHO。相位延遲時，頻率偵測電壓VPHO的電壓會下降，當相位超前時，頻率偵測電壓VPHO則會上升。
頻率偵測電壓VPHO會被傳送至運算單元電路24C，此外，輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT也會被傳送至運算單元電路24C中一併處理。也因此，頻率偵測電壓VPHO、輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT經過壓控制振盪器24D產生出一個虛擬的時脈訊號。這個虛擬的時脈訊號則是可以根據連續導通模式或是非連續導通模式提供對應的時脈訊號至模式選擇電路24E。模式選擇電路24E可以根據電源轉換裝置SYS是在連續導通模式或是非連續導通模式，以提供相對應的可程式時脈訊號CLKP。
而壓控振盪器24D提供的這個虛擬的時脈訊號的工作週期(duty)就會隨著輸入電壓VIN、輸出電壓VOUT以及虛擬的時脈訊號的頻率進行改變。
請參閱圖4，圖4是本發明第二實施例的可程式時脈訊號電路的電路示意圖。
可程式時脈訊號電路24包括一第一運算單元OP1、一第一比較器COM1、一第二比較器COM2、一第三比較器COM3、一第一阻抗R1、一第一開關單元M1、一第二開關單元M2、一第三開關單元M3、一第四開關單元M4、一第一切換單元 SW1、一第二切換單元SW2、一第一電容C1、一第二電容C2、以及一 SR正反器FF。
第一運算單元OP1包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。第一比較器COM1包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。第二比較器COM2包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。第三比較器COM3包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端。第一阻抗R1包括一第一端以及一第二端。第一開關單元M1包括一第一端、一第二端以及一第三端。第二開關單元M2包括一第一端、一第二端以及一第三端。第三開關單元M3包括一第一端、一第二端以及一第三端。第四開關單元M4包括一第一端、一第二端以及一第三端。第一切換單元SW1包括一第一端以及一第二端。第二切換單元SW2包括一第一端以及一第二端。第一電容C1包括一第一端以及一第二端。第二電容C2包括一第一端以及一第二端。SR正反器FF包括一第一輸入端S、一第二輸入端R以及一輸出端Q。
第一運算單元OP1的第一輸入端接收一電壓差訊號Vdiff。第一運算單元OP1的第二輸入端以及輸出端連接到第一阻抗R1的第一端。第一阻抗R1的第二端則連接至一接地電壓。
第一開關單元M1的第一端連接第二開關單元M2的第一端以及第三開關單元M3的第一端。
第一開關單元M1的第二端連接第二開關單元M2的第二端、第一開關單元M1的第三端以及第三開關單元M3的第二端。第一開關單元M1的第三端連接第一運算單元OP1的輸出端、第一運算單元OP1的第二輸入端以及第一阻抗R1的第一端。
第二開關單元M2的第三端連接第二切換單元SW2的第一端。第二切換單元SW2的第二端連接第一電容C1的第一端。第一電容C1的第一端還通過第一切換單元SW1連接至一電流訊號i1，電流訊號i1的電流值是(VOUT/R)。第一電容C1的第二端連接至接地電壓。
第三開關單元M3的第三端連接至第二電容C2的第一端、第一比較器COM1的第一輸入端+以及第四開關單元M4的第一端。第二電容的第一端連接至接地電壓。第四開關單元M4的第二端接收一上橋開關單元訊號UGON。第四開關單元M4的第三端連接至接地電壓。
第一比較器COM1的第二輸入端-接收頻率偵測電壓VPHO。第一比較器COM1還包括一輸出端COMP。
第一電容C1的第一端連接至第二比較器COM2的第一輸入端+以及第三比較器COM3的第二輸入端-。第二比較器COM2的第二輸入端接收頻率偵測電壓VPHO。第三比較器COM3的第一輸入端+接收一固定電壓VL。
第二比較器COM2的輸出端連接至SR正反器FF的第一輸入端S。第三比較器COM3的輸出端連接至SR正反器FF的第二輸入端R。SR正反器FF的輸出端Q則輸出可程式時脈訊號CLKP。
在本實施例中，第一電容C1與第二電容C2的電容值都是相同的電容值C。第一阻抗R1的阻抗值是R。
其中，第一運算單元OP1接收的電壓差訊號Vdiff，也就是輸入電壓與輸出電壓VOUT的電壓差，搭配第一阻抗R1，通過第一開關單元M1以及第二開關單元M2可以在第二開關單元M2的第三端提供一電流，電流值是(VIN-VOUT)/R。這電流通過第一電容C1的充放電過程，可以提供一個坡道訊號(ramp signal)至第二比較器COM2以及第三比較器COM3。
而第三開關單元M3則是協同第一開關單元M1以及第二開關單元M2的作動，可以通過電流鏡電路的設計，取得與流經第二開關單元M2第三端相同大小的電流，電流值也是(VIN-VOUT)/R。此外第三開關單元M3還提供一導通時間設定訊號TONSET至第一比較器COM1的第一輸入端+。
第一開關單元M1、第二開關單元M2以及第三開關單元M3是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-type MOSFET)，第四開關單元M4是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(N-type MOSFET)。
根據圖4的電路圖，可以得到下列參數的計算方式。
電源轉換裝置操作頻率
最小導通時間
最大導通時間
請參閱圖6，圖6是本發明第二實施例的電源轉換裝置中導通時間訊號TON的產生示意圖。
在圖6中，導通時間訊號TON可以根據輸入電壓VIN、輸出端VOUT的電壓、固定電壓VL以及頻率偵測電壓VPHO進行以下公式的計算。
如圖5所示，其中，上升斜率是((VIN-VOUT)/R)/C，在C為常數的情況下，上升斜率正比於(VIN-VOUT)/R，下降斜率則是(VOUT/R)/C，在C為常數的情況下，下降斜率正比於VOUT/R。也就是坡道訊號(ramp signal)的斜率。
工作週期D則可以通過以下公式進行計算：
D=VOUT/VIN
根據以上參數與公式的計算，本實施例可以根據不同的頻率偵測電壓VPHO(如圖示不同的VPHO_1、VPHO_2、VPHO_3)，搭配第一電容C1的電容值或是第一阻抗R1的阻抗值，即可調整虛擬的時脈訊號的頻率。在本實施例中，第一電容C1的電容值以及第一阻抗R1的阻抗值可以根據實際需求而調整，在本發明中不做限制。在其他實施例中，可以根據實際需求調整電路設計以根據不同的參數進行調整，在本發明中不做限制。
根據圖4，可以只根據輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT進行電路設計，如圖5所示，圖5是本發明第二實施例的可程式時脈訊號電路的電路概念圖。
圖5的電路概念圖中，是利用輸入電壓VIN以及輸出電壓VOUT設置電流源IS1、電流源IS2以及電流源IS3，搭配相對應的電路，以產生頻率偵測電壓VPHO。而匹配電流源IS1、電流源IS2以及電流源IS3的阻抗R、電容C以及相關電路等，則可以根據實際需求而調整。
在圖6中，頻率偵測電壓VPHO_1、固定電壓VL搭配坡道訊號，則可以產生第一時脈訊號CLK1的波形。頻率偵測電壓VPHO_2、固定電壓VL搭配坡道訊號，則可以產生第二時脈訊號CLK2的波形。頻率偵測電壓VPHO_3、固定電壓VL搭配坡道訊號，則可以產生第三時脈訊號CLK3的波形。
請參閱圖7，圖7是本發明實施例的頻率偵測電壓變化與頻率變化的示意圖。
從圖7可知，在固定斜率下，頻率偵測電壓 VPHO下降，可在固定工作週期的情況下使頻率上升。
其中，波形CLK_REF則是參考時脈訊號，是一固定頻率的時脈訊號。對比參考時脈訊號CLK_REF，則可知道，在A、B區域是相位延遲(phase lagging)的區域，在C區域則是相位超前(phase leading)的區域。
其中調整頻率偵測電壓VPHO下降，搭配相同升降斜率的坡道訊號RAMP，則可以產生頻率逐漸上升的可程式時脈訊號CLKP。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的電源轉換裝置可以通過簡易電路進行非連續導通模式的頻率追蹤，並且還可以根據輸入電壓的電壓改變以及輸出電壓的電壓改變，即時改變非連續導通模式的導通時間。此外，本發明的頻率控制電路，不會因為負載變化而改變頻率。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
SYS:電源轉換裝置 1:電源轉換電路 2:頻率控制電路 3:回饋電路 11:控制電路 12:驅動單元 13:上橋開關單元 14:下橋開關單元 15:電感單元 16:零電流偵測電路 21:SR正反器 22:導通時間電路 23:鎖相迴路電路 31:回饋訊號電路 32:比較器 TON:導通時間訊號 UG:上橋電壓訊號 LG:下橋電壓訊號 VIN:輸入電壓 VOUT:輸出端 REF_CLK:參考時脈訊號 LX:電感電壓 IL:電感電流 Cload:負載電容 FB:回饋訊號 REF:參考電壓 CPOUT:比較輸出訊號 24:可程式時脈訊號電路 CLKP:可程式時脈訊號 24A:相位偵測電路 24B:電流泵 24C:運算單元電路 24D:壓控振盪器 24E:模式選擇電路 VPHO, VPHO_1, VPHO_2, VPHO_3:頻率偵測電壓 CCM:連續導通模式 DCM:非連續導通模式 OP1:第一運算單元 Vdiff:電壓訊號 M1:第一開關單元 M2:第二開關單元 M3:第三開關單元 M4:第四開關單元 C1:第一電容 C2:第二電容 R1:第一阻抗 (VIN-VOUT)/R, VOUT/R:電流值 UGON:上橋開關單元的電壓訊號 VL:固定電壓 FF:SR正反器 COM1:第一比較器 COM2:第二比較器 COM3:第三比較器 TONSET:導通時間設定訊號 RAMP:坡道訊號 +:比較器的第一輸入端 -:比較器的第二輸入端 i1:電流訊號 IS1, IS2, IS3:電流源 COMP:導通時間比較訊號 ZC:零電流切換訊號 CLK1:第一時脈訊號 CLK2:第二時脈訊號 CLK3:第三時脈訊號 CLK_REF:參考時脈訊號 C:電容 SW1:第一切換單元 SW2:第二切換單元
圖1是本發明第一實施例的電源轉換裝置示意圖。
圖2是本發明第二實施例的電源轉換裝置示意圖。
圖3是本發明第二實施例的可程式時脈訊號電路的方塊圖。
圖4是本發明第二實施例的可程式時脈訊號電路的電路示意圖。
圖5是本發明第二實施例的可程式時脈訊號電路的電路概念圖。
圖6是本發明第二實施例的電源轉換裝置中導通時間訊號TON的產生示意圖。
圖7是本發明實施例的頻率偵測電壓變化與頻率變化的示意圖。
SYS:電源轉換裝置
1:電源轉換電路
2:頻率控制電路
3:回饋電路
11:控制電路
12:驅動單元
13:上橋開關單元
14:下橋開關單元
15:電感單元
16:零電流偵測電路
21:SR正反器
22:導通時間電路
23:鎖相迴路電路
31:回饋訊號電路
32:比較器
TON:導通時間訊號
UG:上橋電壓訊號
LG:下橋電壓訊號
VIN:輸入電壓
VOUT:輸出端
REF_CLK:參考時脈訊號
LX:電感電壓
IL:電感電流
Cload:負載電容
FB:回饋訊號
REF:參考電壓
CPOUT:比較輸出訊號
COMP:導通時間比較訊號
ZC:零電流切換訊號

Claims (9)

  1. 一種具有固定導通時間的電源轉換裝置，包括：一電源轉換電路；一回饋電路，連接所述電源轉換電路，以輸出一比較輸出訊號；以及一頻率控制電路，連接所述電源轉換電路及所述回饋電路，所述頻率控制電路包括：一鎖相迴路電路，接收一參考時脈訊號及所述電源轉換電路中的一電感電壓，以提供一鎖相訊號；一導通時間電路，接收所述鎖相訊號、所述電感電壓、一輸入電壓以及一輸出電壓，以提供一導通時間比較訊號；一SR正反器，包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，所述頻率控制電路的所述SR正反器的所述第一輸入端接收所述導通時間比較訊號，所述頻率控制電路的所述SR正反器的所述第二輸入端接收所述比較輸出訊號，以經由所述頻率控制電路的所述SR正反器的所述輸出端輸出一導通時間訊號；其中，所述頻率控制電路根據所述輸入電壓以及所述輸出電壓的電壓改變，即時調整所述導通時間比較訊號的導通時間，以輸出調整後的所述導通時間訊號至所述電源轉換電路；其中，所述頻率控制電路還包括一可程式時脈訊號電路，連接所述鎖相迴路電路，所述可程式時脈訊號電路接收所述電感電壓、所述輸入電壓以及所述輸出端的電壓，以提供一可程式時脈訊號。
  2. 如請求項1所述的電源轉換裝置，其中，所述回饋電路包括一回饋訊號電路以及一比較器，所述比較器包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，所述回饋訊號電路的一端連接所 述電源轉換電路，所述回饋訊號電路的另一端連接所述比較器的所述第一輸入端，所述比較器的所述第二輸入端連接一參考電壓。
  3. 如請求項2所述的電源轉換裝置，其中，所述電源轉換電路包括：一控制電路，接收所述頻率控制電路提供的所述導通時間訊號；一驅動單元，連接所述控制電路；一上橋開關單元，包括一第一端、一第二端以及一第三端，所述上橋開關單元的所述第一端連接一輸入電壓，所述上橋開關單元的所述第二端連接所述驅動單元；一下橋開關單元，包括一第一端、一第二端以及一第三端，所述下橋開關單元的所述第一端連接所述上橋開關單元的所述第三端，所述下橋開關單元的所述第二端連接所述驅動單元，所述下橋開關單元的所述第三端連接一接地電壓；一電感單元，包括一第一端以及一第二端，所述電感單元的所述第一端連接所述上橋開關單元的所述第三端以及所述下橋開關單元的所述第一端，所述電感單元的所述第二端是所述電源轉換裝置的一輸出端，所述電源轉換裝置的所述輸出端的電壓是所述電源轉換裝置的一輸出端的電壓，所述電感電壓是所述電感單元的所述第一端、所述上橋開關單元的所述第三端以及所述下橋開關單元的所述第一端互相連接的一節點的電壓；一負載電容，包括一第一端以及一第二端，所述負載電容的所述第一端連接所述電感單元的所述第二端，所述負載電容的所述第二端連接所述接地電壓；以及一零電流偵測電路，包括一第一端以及一第二端，所述零電流偵測電路的所述第一端連接所述控制電路，所述零電流偵測電 路的所述第二端連接所述上橋開關單元的所述第三端、所述下橋開關單元的所述第一端以及所述電感單元的所述第一端。
  4. 如請求項1所述的電源轉換裝置，其中，所述鎖相迴路電路接收所述參考時脈訊號、所述電感電壓以及所述可程式時脈訊號以提供所述鎖相訊號至所述導通時間電路，所述頻率控制電路根據所述參考時脈訊號、所述電感電壓以及所述可程式時脈訊號提供所述導通時間訊號至所述電源轉換電路。
  5. 如請求項4所述的電源轉換裝置，其中，所述可程式時脈訊號電路包括一相位偵測電路、一電流泵、一運算單元電路、一壓控振盪器以及一模式選擇電路；其中，所述相位偵測電路連接所述電流泵，所述電流泵連接所述運算單元電路，所述運算單元電路連接所述壓控振盪器，所述壓控振盪器連接所述模式選擇電路，所述模式選擇電路提供所述可程式時脈訊號至所述相位偵測電路；其中，所述相位偵測電路以及所述電流泵、產生一頻率偵測電壓，所述頻率偵測電壓被傳送至運算單元電路；以及其中，所述運算單元電路整合所述輸入電壓、所述輸出端的電壓以及所述頻率偵測電壓至所述壓控振盪器，以產生出一時脈訊號。
  6. 如請求項5所述的電源轉換裝置，其中，所述可程式時脈訊號電路包括一第一運算單元、一第一比較器、一第二比較器、一第三比較器、一第一阻抗、一第一開關單元、一第二開關單元、一第三開關單元、一第四開關單元、一第一切換單元、一第二切換單元、一第一電容、一第二電容以及一SR正反器；其中，所述第一運算單元包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，所述第一比較器包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，所述第二比較器包括一第一輸入端、一第二 輸入端以及一輸出端，所述第三比較器包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端，所述第一阻抗包括一第一端以及一第二端，所述第一開關單元包括一第一端、一第二端以及一第三端，所述第二開關單元包括一第一端、一第二端以及一第三端，所述第三開關單元包括一第一端、一第二端以及一第三端，所述第四開關單元包括一第一端、一第二端以及一第三端，所述第一切換單元包括一第一端以及一第二端，所述第二切換單元包括一第一端以及一第二端，所述第一電容包括一第一端以及一第二端，所述第二電容包括一第一端以及一第二端，所述可程式時脈訊號電路的所述SR正反器包括一第一輸入端、一第二輸入端以及一輸出端；其中，所述第一運算單元的所述第一輸入端接收一電壓差訊號，所述第一運算單元的所述第二輸入端以及所述輸出端連接到所述第一阻抗的所述第一端，所述第一阻抗的所述第二端則連接至所述接地電壓，所述第一開關單元的所述第一端連接所述第二開關單元的所述第一端以及所述第三開關單元的所述第一端，所述第一開關單元的所述第二端連接所述第二開關單元的所述第二端、所述第一開關單元的所述第三端以及所述第三開關單元的所述第二端，所述第一開關單元的所述第三端連接所述第一運算單元的所述輸出端、所述第二輸入端以及所述第一阻抗的所述第一端，所述第二開關單元的所述第三端連接所述第二切換單元的所述第一端，所述第二切換單元的所述第二端連接所述第一電容的所述第一端，所述第一電容所述的所述第一端通過所述第一切換單元連接至一電流訊號，所述第一電容的所述第二端連接至所述接地電壓。
  7. 如請求項6所述的電源轉換裝置，其中，所述第三開關單元的所述第三端連接至所述第二電容的第一端、所述第一比較器 的所述第一輸入端以及所述第四開關單元的所述第一端，所述第二電容的所述第一端連接至所述接地電壓，所述第四開關單元的所述第二端接收一上橋開關單元訊號，所述第四開關單元的所述第三端連接至所述接地電壓，所述第一比較器的所述第二輸入端接收所述頻率偵測電壓，所述第一電容的所述第一端連接至所述第二比較器的所述第一輸入端以及所述第三比較器的所述第二輸入端，所述第二比較器的所述第二輸入端接收所述頻率偵測電壓，所述第三比較器的所述第一輸入端接收一固定電壓。
  8. 如請求項7所述的電源轉換裝置，其中，所述第二比較器的所述輸出端連接至所述可程式時脈訊號電路的所述SR正反器的所述第一輸入端，所述第三比較器的所述輸出端連接至所述可程式時脈訊號電路的所述SR正反器的所述第二輸入端，所述可程式時脈訊號電路的所述SR正反器的所述輸出端則輸出所述可程式時脈訊號。
  9. 如請求項8所述的電源轉換裝置，其中，所述第一開關單元、所述第二開關單元以及所述第三開關單元是一P型金屬氧化物半導體場效電晶體(P-type MOSFET)，所述第四開關單元是一N型金屬氧化物半導體場效電晶體(N-type MOSFET)。
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Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150280557A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Micrel, Inc. Buck dc-dc converter with fixed frequency
CN105226936A (zh) * 2015-11-05 2016-01-06 成都芯源系统有限公司 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法
CN105958820A (zh) * 2016-06-07 2016-09-21 广东希荻微电子有限公司 迟滞式控制器pwm和pfm模式下的控制方法
TWI740434B (zh) * 2020-03-30 2021-09-21 茂達電子股份有限公司 電源轉換器

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102891596B (zh) * 2012-09-27 2015-02-25 成都芯源系统有限公司 控制电路、开关变换器及其控制方法
CN102957303B (zh) * 2012-12-10 2015-01-07 成都芯源系统有限公司 一种控制电路、开关变换器及其控制方法
CN105322766B (zh) * 2014-06-13 2018-09-07 立锜科技股份有限公司 固定导通或固定关闭时间切换式电源供应器及其控制电路
CN104242644B (zh) * 2014-10-11 2017-04-12 成都芯源系统有限公司 用于开关转换器的控制电路和控制方法
CN105553263B (zh) * 2015-12-28 2018-04-06 成都芯源系统有限公司 恒定导通时长控制的开关电源及其控制电路和控制方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150280557A1 (en) * 2014-03-26 2015-10-01 Micrel, Inc. Buck dc-dc converter with fixed frequency
CN105226936A (zh) * 2015-11-05 2016-01-06 成都芯源系统有限公司 双相直流至直流变换器及其锁相环和方法
CN105958820A (zh) * 2016-06-07 2016-09-21 广东希荻微电子有限公司 迟滞式控制器pwm和pfm模式下的控制方法
TWI740434B (zh) * 2020-03-30 2021-09-21 茂達電子股份有限公司 電源轉換器

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