TWI831572B - 具有脈衝省略模式之切換式轉換器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種具有脈衝省略模式之切換式轉換器包括：功率級電路、回授控制電路、操作訊號產生電路以及脈衝省略電路。回授控制電路根據輸出電源而產生初始脈寬調變訊號。操作訊號產生電路根據脈衝省略訊號之脈衝寬度而遮罩時脈的部分脈衝，以產生調整後脈寬調變訊號。脈衝省略電路根據輸入電壓與輸出電壓，以適應性產生佔空比訊號，進而產生相關於初始脈寬調變訊號之佔空比的脈衝省略參考訊號。脈衝省略電路比較誤差放大訊號與脈衝省略參考訊號，產生脈衝省略訊號。功率級電路根據調整後脈寬調變訊號而轉換輸入電源為輸出電源。

Description

具有脈衝省略模式之切換式轉換器及其控制方法

本發明係有關一種切換式轉換器及其控制方法，特別是指一種具有脈衝省略模式的切換式轉換器及其控制方法。

在具有脈衝省略模式且操作於電流模式的先前技術之切換式轉換器中，當負載電路為輕載或當負載電流切換的暫態響應中，負載電流低於預設的位準時，先前技術切換式轉換器進入脈衝省略模式。美國專利US 008587283B2揭露一種具有脈衝省略模式之切換式轉換器，當切換式轉換器操作於脈衝省略模式，會以誤差放大器比較固定位準的箝位電壓Vclmp與誤差電壓Vrr，進而以比較結果決定是否進入脈衝省略模式。

上述先前技術的缺點在於，由於箝位電壓Vclmp為固定位準，因此當輸入電壓與輸出電壓變動時，進入脈衝省略模式的判斷就會錯誤，而造成切換式轉換器只能應用於固定位準的輸入電壓與輸出電壓，限制了切換式轉換器的應用範圍。

相較於上述之先前技術，本發明的切換式轉換器可於輸入電壓與輸出電壓變動時，適應性調整是否進入脈衝省略模式的判斷基準，藉此提高切換式轉換器的應用範圍。

就其中一個觀點言，本發明提供了一種具有脈衝省略模式之切換式轉換器，包含：一功率級電路，用以根據一調整後脈寬調變訊號切換其中至少一功率開關而轉換一輸入電源進而產生一輸出電源；一回授控制電路，用以比較相關於該輸出電源之一輸出電壓的一輸出分壓與一參考電壓而產生一誤差放大訊號，並比較該誤差放大訊號與一斜坡訊號而產生一初始脈寬調變訊號；一操作訊號產生電路，用以根據一脈衝省略訊號之脈衝寬度而遮罩一時脈訊號的部分脈衝，產生一設定訊號，並根據該初始脈寬調變訊號與該設定訊號，產生該調整後脈寬調變訊號；以及一脈衝省略電路，用以比較該誤差放大訊號與一脈衝省略參考訊號，而產生該脈衝省略訊號；其中該脈衝省略電路根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電壓，以適應性產生一佔空比訊號，進而產生該脈衝省略參考訊號，其中該脈衝省略參考訊號之位準相關於該調整後脈寬調變訊號於一未遮罩期間之一佔空比；其中該斜坡訊號相關於流經該功率級電路中之一電感的一電感電流中之一上升電感電流或一下降電感電流。

就另一個觀點言，本發明也提供了一種具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法包含：比較相關於該輸出電源之一輸出電壓的一輸出分壓與一參考電壓而產生一誤差放大訊號；比較該誤差放大訊號與一斜坡訊號而產生一初始脈寬調變訊號；根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電壓，適應性產生一佔空比訊號，進而產生一脈衝省略參考訊號，其中該脈衝省略參考訊號之位準相關於一調整後脈寬調變訊號於一未遮罩期間之一佔空比；比較該誤差放大訊號與該脈衝省略參考訊號， 而產生一脈衝省略訊號；根據該脈衝省略訊號之脈衝寬度而遮罩一時脈訊號的部分脈衝，產生一設定訊號，並根據該初始脈寬調變訊號與該設定訊號，產生該調整後脈寬調變訊號；以及根據該調整後脈寬調變訊號切換一功率級電路中之至少一功率開關而轉換該輸入電源而產生該輸出電源；其中該斜坡訊號示意流經該功率級電路中之一電感的一電感電流中之一上升電感電流或一下降電感電流。

在一較佳實施例中，回授控制電路包括：一誤差放大器，用以比較該輸出分壓與該參考電壓而產生該誤差放大訊號；以及一第一比較器，用以比較該誤差放大訊號與該斜坡訊號而產生該初始脈寬調變訊號；其中該回授控制電路、該操作訊號產生電路與該功率級電路形成一回授電路，用以回授控制該誤差放大訊號相關於該斜坡訊號。

在一較佳實施例中，該脈衝省略電路包括：一佔空比時間電路，用以根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生一佔空比時間訊號；一積分電路，用以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，執行一積分運算，而產生一積分訊號；一取樣保持電路，用以取樣保持該積分訊號之峰值，而產生該脈衝省略參考訊號；以及一第二比較器，用以比較該誤差放大訊號與該脈衝省略參考訊號，產生該脈衝省略訊號。

在一較佳實施例中，該功率級電路包括一降壓型功率級電路，其中該佔空比時間電路包括：一第一充電電路，包括一第一電流源與一第一電容，其中該第一電流源根據該輸入電壓產生一第一充電電流，以對該第一電容充電，而產生一第一電壓；一第三比較器，用以比較該輸出電壓與該第一電壓，產生該佔空比時間訊號，以使該佔空比時間訊號的脈寬正比於該輸出電壓除以該輸入電壓；以及一重置開關，與該第一充電電路耦接，用 以根據該時脈訊號，重置該第一電容，其中該時脈訊號之頻率與該調整後脈寬調變訊號於該未遮罩期間之頻率相同。

在一較佳實施例中，該積分電路包括一第二電流源與一第二電容，其中該第二電流源產生一固定電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流的期間，對該第二電容充電，而產生該積分訊號。

在一較佳實施例中，該積分電路更包括一第三電流源，用以產生相關於該輸入電壓減該輸出電壓之一差值電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，也對該第二電容充電，而產生該積分訊號。

在一較佳實施例中，該功率級電路包括一反相升降壓型功率級電路，其中該佔空比時間電路包括：一第一充電電路，包括第四電流源、第五電流源與一第一電容，其中該第四電流源根據該輸入電壓產生一第四充電電流，該第五電流源根據該輸出電壓產生一第五充電電流，該第四充電電流與該第五充電電流用以對該第一電容充電，而產生一第一電壓；一第三比較器，用以比較該輸出電壓與該第一電壓，產生該佔空比時間訊號，以使該佔空比時間訊號的脈寬正比於該輸出電壓除以該輸入電壓與該輸出電壓之和；以及一重置開關，與該第一充電電路耦接，用以根據該時脈訊號，重置該第一電容，其中該時脈訊號之頻率與該調整後脈寬調變訊號於該未遮罩期間之頻率相同。

在一較佳實施例中，該積分電路包括一第二電流源與一第二電容，其中該第二電流源產生一固定電流，以於該佔空比時間訊號示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流的期間，對該第二電容充電，而產生該積分訊號。

在一較佳實施例中，該積分電路更包括一第三電流源，用以產生相關於該輸入電壓減該輸出電壓之一差值電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，也對該第二電容充電，而產生該積分訊號。

在一較佳實施例中，該功率級電路包括一升壓型功率級電路，其中該佔空比時間訊號的脈寬正比於1減去該輸入電壓除以該輸出電壓。

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。

10:功率級電路

20:回授控制電路

30:操作訊號產生電路

40:脈衝省略電路

41:佔空比時間電路

42:積分電路

43:取樣保持電路

44:第二比較器

100:切換式轉換器

411:第一充電電路

412:第三比較器

421:放大器

C1:第一電容

C2:第二電容

CLK:時脈訊號

Gm,Gm1,Gm2,Gm3:電導

ILOAD:負載電流

Is1:第一電流源

Is2:第二電流源

Is3:第三電流源

Pin:輸入電源

Pout:輸出電源

R:重置接腳

S:設定接腳

Scmp:斜率補償訊號

SET:設定訊號

Sio:佔空比時間訊號

SKP:脈衝省略訊號

SPWMad:調整後脈寬調變訊號

SPWMin:初始脈寬調變訊號

Smp:取樣訊號

SWr:重置開關

t1,t2,t3:時點

TM1:遮罩時段

TM2:未遮罩時段

V1:第一電壓

Vea,Vea1,Vea2,Veaw,Veawo:誤差放大訊號

Vin:輸入電壓

Vout,Voutw,Voutwo:輸出電壓

Vout’:輸出分壓

Vpsm,Vpsm1,Vpsm2:脈衝省略參考訊號

Vref:參考電壓

Vrmp,Vrmpw,Vrmpwo:斜坡訊號

Vtg:積分訊號

圖1顯示根據本發明之切換式轉換器之一實施例。

圖2顯示根據本發明之切換式轉換器的相關訊號波形示意圖。

圖3顯示根據本發明之具有適應性脈衝省略模式與非適應性脈衝省略模式的相關訊號波形比較示意圖。

圖4顯示根據本發明之具有適應性脈衝省略模式與非適應性脈衝省略模式的電源轉換效率比較示意圖。

圖5顯示根據本發明之脈衝省略電路之實施例方塊圖。

圖6顯示根據本發明之切換式轉換器之一實施例。

圖7顯示根據本發明之操作訊號產生電路一種較具體的實施例。

圖8顯示根據本發明之脈衝省略電路40的相關訊號波形示意圖。

圖9顯示根據本發明之脈衝省略電路較具體的實施例。

圖10顯示根據本發明之脈衝省略電路另一種較具體的實施例。

圖11顯示對應於圖6本發明之切換式轉換器之實施例的操作波形圖。

圖12A-12L顯示示本發明之切換式轉換器之功率級電路的多種實施例。

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。

請參閱圖1，圖1顯示根據本發明之切換式轉換器之一實施例(切換式轉換器100)。切換式轉換器100用以轉換輸入電源Pin而產生輸出電源Pout，在一實施例中，切換式轉換器100包含：功率級電路10、回授控制電路20、操作訊號產生電路30以及脈衝省略電路40。在一實施例中，功率級電路10用以根據調整後脈寬調變訊號SPWMad切換其中至少一功率開關(未視出，於後詳述)而轉換輸入電源Pin進而產生輸出電源Pout。

在本實施例中，回授控制電路20包括分壓電路21、誤差放大器22、第一比較器23以及加法器24。在一實施例中，輸出電源Pout之輸出電壓Vout經由分壓電路21而產生輸出分壓Vout’。誤差放大器22用以比較參考電壓Vref與輸出分壓Vout’而產生誤差放大訊號Vea。其中，參考電壓Vref例如相關於輸出電壓Vout的目標電壓，回授控制電路20調節輸出電壓Vout於相關於參考電壓Vref的一個穩定的位準。

在本實施例中，電流感測訊號Ssns係流經功率級10中之一電感的一電感電流中之一上升電感電流及/或一下降電感電流的感測訊號。加法器24疊加切換頻率同步的電流感測訊號Ssns與斜率補償訊號Scmp，產生一個幅度較大較穩定的斜坡訊號Vrmp。第一比較器23用以比較誤差放大訊號Vea與斜坡訊號Vrmp而產生初始脈寬調變訊號SPWMin。配置加法器24的目的是，通常用在如本實施例中的電流模式的回授控制中，因為若僅用電感電流所產生的電流感測訊號Ssns去跟誤差放大訊號Vea比較，容易產生一種次級諧波(sub-harmonic)現象(即一個佔空比較高的訊號搭配一個佔空比較低的訊號，雖然平均佔空比仍然正確，但會產生雜訊)，而加斜率補償訊號Scmp後可解決這個問題，此為本領域中具有通常知識者所熟知，在此不予贅述。在一實施例中，如圖1所示，回授控制電路20、操作訊號產生電路30與功率級電路10形成一回授電路，用以回授控制誤差放大訊號Vea相關於斜坡訊號Vrmp。

在本實施例中，操作訊號產生電路30用以根據脈衝省略訊號SKP之脈衝寬度而遮罩時脈訊號CLK的部分脈衝，產生設定訊號SET(未示出，於後詳述)，並根據初始脈寬調變訊號SPWMin與設定訊號SET，產生調整後脈寬調變訊號SPWMad。脈衝省略電路40用以比較誤差放大訊號Vea與脈衝省略參考訊號Vpsm(未示出，於後詳述)，而產生脈衝省略訊號SKP。其中脈衝省略電路40根據輸入電源Pin之輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，以適應性產生佔空比訊號Sio(未示出，於後詳述)，進而產生脈衝省略參考訊號Vpsm，其中脈衝省略參考訊號Vpsm之位準相關於初始脈寬調變訊號SPWMin之佔空比。

圖2顯示根據本發明之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的相關訊號波形示意圖。如圖2所示，在高輸入電壓Vin與低輸出電壓Vout的條 件下之誤差放大訊號Vea1，相對於在低輸入電壓Vin與高輸出電壓Vout的條件下之誤差放大訊號Vea2，具有相對較低的位準。其中，所謂的高、低係為相對值，表示輸入電壓Vin與輸出電壓Vout或其他訊號在位準上的不同與相對的高低比較。當輸出電源Pout供應負載之負載電流ILOAD於時點t1自較低位準切換為較高位準；誤差放大訊號Vea1與誤差放大訊號Vea2也會在時點t1時，各自提高位準。在上述的情況下，脈衝省略參考訊號若保持定值，例如只有脈衝省略參考訊號Vpsm1，則此切換式轉換器只適用於高輸入電壓Vin與低輸出電壓Vout的情況，在低輸入電壓Vin與高輸出電壓Vout的條件下就無法適用，因為脈衝省略參考訊號Vpsm1不管在負載電流ILOAD高或低的情況下，都低於誤差放大訊號Vea2，也就不會進入脈衝省略模式。

因此，本發明可根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout在位準上的變化，適應性產生脈衝省略參考訊號Vpsm1與Vpsm2，以適用於不同的輸入電壓Vin與輸出電壓Vout的組合，應用範圍較廣。本發明的優點至少包含適用範圍較廣，功率轉換的效率較高，且能量損耗較低。其中，時脈訊號CLK也用以產生初始脈寬調變訊號SPWMin，時脈訊號CLK之頻率與初始脈寬調變訊號SPWMin相同。

圖3顯示根據本發明之具有適應性脈衝省略模式與非適應性脈衝省略模式的相關訊號波形比較示意圖。如圖3所示，輸出電源Pout供應負載之負載電流ILOAD與時脈訊號CLK與圖2類似，且負載電流ILOAD於時點t1自較低位準切換為較高位準。圖3旨在比較具有適應性脈衝省略模式與非適應性脈衝省略模式的斜坡訊號、誤差放大訊號與輸出電壓。

舉例而言，當輸出電壓都屬於圖2所示的低輸入電壓Vin與高輸出電壓Vout的條件下，且在輕載的狀況下，也就是時點t1之前，負載電流ILOAD較低，若採用非適應性脈衝省略模式的斜坡訊號Vrmpwo顯示在每一 個時脈訊號CLK之脈衝都會上升，直到位準達到誤差放大訊號Veawo；而具有適應性脈衝省略模式的斜坡訊號Vrmpw顯示在部分時脈訊號CLK之脈衝，並不會上升，也就是省略的部分的時脈訊號CLK之脈衝，不操作功率級電路中的功率開關，只在其它的時脈訊號CLK之脈衝才會上升，直到位準達到誤差放大訊號Veaw。因此，根據本發明之具有適應性脈衝省略模式的切換式轉換器可降低功率開關的切換損失，降低能量損耗，提高電源轉換效率。

當負載電流ILOAD於時點t1自較低位準切換為較高位準時，根據本發明之具有適應性脈衝省略模式的切換式轉換器的輸出電壓Voutw，相較於非適應性脈衝省略模式的切換式轉換器的輸出電壓Voutwo(例如脈衝省略參考訊號保持定值)，暫態響應的期間較短，更快達到輸出電壓的調節目標，也就是更快達到穩定狀態。

圖4顯示根據本發明之具有適應性脈衝省略模式與非適應性脈衝省略模式的電源轉換效率比較示意圖。如圖4所示，橫軸示意輸出電壓Vout與輸入電壓Vin的比例，縱軸示意電源轉換效率。圖4顯示在多數的輸出電壓Vout與輸入電壓Vin的組合中，根據本發明之具有適應性脈衝省略模式之切換式轉換器的電源轉換效率明顯高於非適應性脈衝省略模式之切換式轉換器的電源轉換效率。

圖5顯示根據本發明之脈衝省略電路之實施例方塊圖。如圖5所示，脈衝省略電路40例如包括佔空比時間電路41、積分電路42、取樣保持電路43以及第二比較器44。佔空比時間電路41用以根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout，產生佔空比時間訊號Sio。佔空比時間電路41例如更根據功率級電路10的型態，而選擇不同的電路組合來產生佔空比時間訊號Sio，以適用於不同的功率級電路10之不同佔空比計算方式。舉例而言，當功率級電路10 為降壓型功率級電路，佔空比時間電路41產生佔空比時間訊號Sio的脈寬正比於輸出電壓Vout除以輸入電壓Vin(即Vout/Vin)；當功率級電路10為升壓型功率級電路，佔空比時間電路41產生佔空比時間訊號Sio的脈寬正比於1減去輸入電壓Vin除以輸出電壓Vout(即1-(Vin/Vout))；當功率級電路10為反相升降壓型功率級電路，佔空比時間電路41產生佔空比時間訊號Sio的脈寬正比於輸出電壓Vout除以輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之和(即Vout/(Vin+Vout))。其中，佔空比時間訊號Sio的脈寬例如示意功率級電路10中電感電流為上升電感電流或下降電感電流持續期間。

請繼續參閱圖5，積分電路42用以於佔空比時間訊號Sio的脈寬示意電感電流為上升電感電流或下降電感電流持續期間，執行積分運算，而產生積分訊號Vtg，使得積分訊號Vtg可用以示意功率級電路10之佔空比。取樣保持電路43用以取樣保持積分訊號Vtg之峰值，而產生脈衝省略參考訊號Vpsm。第二比較器44用以比較誤差放大訊號Vea與脈衝省略參考訊號Vpsm，產生脈衝省略訊號SKP。

圖6顯示根據本發明之切換式轉換器之一實施例。如圖6所示，功率級電路10例如為降壓型功率級電路。在本實施例中，回授控制電路20與操作訊號產生電路30之內容與圖1所示之實施例相似，在此不予贅述。本實施顯示脈衝省略電路40較具體的實施例。如圖6所示，對應功率級電路10為降壓型功率級電路，脈衝省略電路40包括佔空比時間電路41、積分電路42、取樣保持電路43以及第二比較器44。

佔空比時間電路41例如包括第一充電電路411、第三比較器412以及重置開關SWr。其中，第一充電電路411包括第一電流源Is1與第一電容C1。第一電流源Is1根據輸入電壓Vin產生第一充電電流，其電流位準例如為電導Gm乘以輸入電壓Vin，以對第一電容C1充電，而產生第一電壓V1。 第三比較器412用以比較輸出電壓Vout與第一電壓V1，產生佔空比時間訊號Sio，以使佔空比時間訊號Sio的脈寬正比於輸出電壓Vout除以輸入電壓Vin。重置開關SWr與第一充電電路411耦接，用以根據時脈訊號CLK，重置第一電容C1，其中時脈訊號CLK之頻率與初始脈寬調變訊號SPWMin之頻率相同。

請繼續參閱圖6，積分電路42包括第二電流源Is2與第二電容C2。其中第二電流源Is2產生固定電流，以於佔空比時間訊號Sio示意電感電流為上升電感電流或下降電感電流的期間，對該第二電容C2充電，而產生積分訊號Vtg。取樣保持電路43如圖6所示例如包括一開關與一電容，以於積分訊號Vtg到達峰值時，以取樣訊號Smp操作開關，而以電容保持積分訊號Vtg之峰值，而產生脈衝省略參考訊號Vpsm。第二比較器44用以比較誤差放大訊號Vea與脈衝省略參考訊號Vpsm，產生脈衝省略訊號SKP。

圖7顯示根據本發明之操作訊號產生電路一種較具體的實施例。如圖7所示，操作訊號產生電路30例如但不限於包括邏輯及閘與SR正反器。其中邏輯及閘對時脈訊號CLK與脈衝省略訊號SKP執行及邏輯運算，並產生設定訊號SET，以輸入SR正反器的設定接腳S。其中，時脈訊號CLK之頻率與調整後脈寬調變訊號SPWMad於未遮罩期間之頻率相同。所謂未遮罩期間，係指時脈訊號CLK未被脈衝省略訊號SKP遮罩，而在所產生的設定訊號SET具有脈衝的期間；由於調整後脈寬調變訊號SPWMad也同步在此段設定訊號SET具有脈衝的期間具有脈衝訊號，因此調整後脈寬調變訊號SPWMad的頻率與佔空比指的就是此段未遮罩期間。SR正反器的重置接腳R接收初始脈寬調變訊號SPWMin，而在輸出接腳Q產生調整後脈寬調變訊號SPWMad。本實施例之操作訊號產生電路為一種較具體的實施方式，並非用以限制本發明操作訊號產生電路的範圍。本領域之具有通常知識者可以 根據本實施例之教示，而想出其他多種的實施方式，只要可以利用脈衝省略訊號SKP遮罩時脈訊號CLK的部分脈衝，以產生調整後脈寬調變訊號SPWMad即可。

圖8顯示根據本發明之脈衝省略電路40的相關訊號波形示意圖。如圖8所示，並參閱圖5，以功率級電路10為降壓型功率級電路為例，於時點t2，時脈訊號CLK由高位準切換至低位準，重置開關SWr關斷，第一電流源Is1以第一充電電流(Gm*Vin)，對第一電容C1充電，而使得第一電壓V1的電位逐漸升高。於時點t3，第一電壓V1的電位超過輸出電壓Vout，佔空比時間訊號Sio由高電位切換為低電位。在時點t2到時點t3的期間，第二電流源Is2產生固定電流，對該第二電容C2充電，而產生積分訊號Vtg。取樣保持電路43於積分訊號Vtg到達峰值之時點t3，取樣訊號Smp操作開關，以電容保持積分訊號Vtg之峰值，而產生脈衝省略參考訊號Vpsm。其中，佔空比時間訊號Sio所示意電感電流ILOAD為上升電感電流或下降電感電流的期間Ton與輸入電壓Vin及輸出電壓Vout的關係如等式一：

脈衝省略參考訊號Vpsm與輸入電壓Vin及輸出電壓Vout的關係如等式二：

其中k為(Is2*C1)/(C2*Gm1)

圖9顯示根據本發明之脈衝省略電路較具體的實施例。圖9所示之脈衝省略電路40對應功率級電路10為降壓型功率級電路，脈衝省略電路40包括佔空比時間電路41、積分電路42、取樣保持電路43以及第二比較器44。

佔空比時間電路41例如包括第一充電電路411、第三比較器412以及重置開關SWr。其中，第一充電電路411包括第一電流源Is1與第一電容C1。第一電流源Is1根據輸入電壓Vin產生第一充電電流，其電流位準例如為電導Gm1乘以輸入電壓Vin，以對第一電容C1充電，而產生第一電壓V1。第三比較器412用以比較輸出電壓Vout與第一電壓V1，產生佔空比時間訊號Sio，以使佔空比時間訊號Sio的脈寬正比於輸出電壓Vout除以輸入電壓Vin。重置開關SWr與第一充電電路411耦接，用以根據時脈訊號CLK，重置第一電容C1，其中時脈訊號CLK之頻率與初始脈寬調變訊號SPWMin之頻率相同。

請繼續參閱圖9，積分電路42包括第二電流源Is2、第三電流源Is3、第二電容C2與放大器421。其中第二電流源Is2產生固定電流，以於佔空比時間訊號Sio的脈寬示意電感電流為上升電感電流或下降電感電流的期間，對該第二電容C2充電；第三電流源Is3用以產生相關於輸入電壓Vin減輸出電壓Vout之一差值電流，其電流位準為Gm2*(Vin-Vout)，以於佔空比時間訊號Sio的脈寬示意電感電流為上升電感電流或下降電感電流持續期間，也對第二電容C2充電，而累加第二電流源Is2所產生的固定電流與第三電流源Is3所產生的差值電流，而產生積分訊號Vtg。取樣保持電路43如圖9所示例如包括一開關與一電容，以於積分訊號Vtg到達峰值時，以取樣訊號Smp操作開關，而以電容保持積分訊號Vtg之峰值，而產生脈衝省略參考訊號Vpsm。

圖10顯示根據本發明之脈衝省略電路另一種較具體的實施例。圖10所示之脈衝省略電路40對應功率級電路10為反相升降壓型功率級電路，脈衝省略電路40包括佔空比時間電路41、積分電路42、取樣保持電路43以及第二比較器44。

佔空比時間電路41例如包括第一充電電路411、第三比較器412以及重置開關SWr。其中，第一充電電路411包括第四電流源Is4、第五電流源Is5與第一電容C1。第四電流源Is4根據輸入電壓Vin產生第四充電電流，第五電流源Is5根據輸出電壓Vout產生第五充電電流，第四充電電流與第五充電電流之和的電流位準例如為電導Gm3乘以輸入電壓Vin與輸出電壓Vout之和，以對第一電容C1充電，而產生第一電壓V1。第三比較器412用以比較輸出電壓Vout與第一電壓V1，產生佔空比時間訊號Sio，以使佔空比時間訊號Sio的脈寬正比於輸出電壓Vout除以輸入電壓Vin。重置開關SWr與第一充電電路411耦接，用以根據時脈訊號CLK，重置第一電容C1，其中時脈訊號CLK之頻率與初始脈寬調變訊號SPWMin之頻率相同。

請繼續參閱圖10，積分電路42包括第二電流源Is2、第二電容C2與放大器421。其中第二電流源Is2產生固定電流，以於佔空比時間訊號Sio的脈寬示意電感電流為上升電感電流或下降電感電流的期間，對該第二電容C2充電，而產生積分訊號Vtg。取樣保持電路43如圖10所示例如包括一開關與一電容，以於積分訊號Vtg到達峰值時，以取樣訊號Smp操作開關，而以電容保持積分訊號Vtg之峰值，而產生脈衝省略參考訊號Vpsm。

在圖10所示的實施例中，佔空比時間訊號Sio所示意電感電流ILOAD為上升電感電流或下降電感電流的期間Ton與輸入電壓Vin及輸出電壓Vout的關係如等式三：

脈衝省略參考訊號Vpsm與輸入電壓Vin及輸出電壓Vout的關係如等式四：

類似於圖9，圖10所示的實施例中，積分電路42可更包括第三電流源Is3用以產生相關於輸入電壓Vin減輸出電壓Vout之一差值電流，其電流位準為Gm2*(Vin-Vout)，以於佔空比時間訊號Sio的脈寬示意電感電流為上升電感電流或下降電感電流持續期間，也對第二電容C2充電，而累加第二電流源Is2所產生的固定電流與第三電流源Is3所產生的差值電流，而產生積分訊號Vtg。

請同時參閱圖6與圖11，圖11顯示對應於圖6本發明之切換式轉換器之實施例的操作波形圖。如圖11所示，誤差放大訊號Vea如圖11第三波形圖中的實線所示意，脈衝省略參考訊號Vpsm如圖11第三波形圖中的虛線所示意，在一實施例中，當第二比較器44之比較結果為誤差放大訊號Vea小於脈衝省略參考訊號Vpsm時(例如圖11之遮罩時段TM1)，脈衝省略訊號SKP例如切換為低位準，以控制部分時脈訊號CLK的脈衝被遮罩，由於脈衝省略參考訊號Vpsm根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout而適應性調整，因此脈衝省略訊號SKP的省略脈衝由誤差放大訊號Vea、輸入電壓Vin與輸出電壓Vout決定，使得時脈訊號CLK的脈衝適應性地根據負載電流、輸入電壓Vin與輸出電壓Vout而遮罩，進而使得調整後脈寬調變訊號SPWMad具有根據輸入電壓Vin與輸出電壓Vout適應性於輕載時省略脈衝，以降低功率開關的切換損失，降低能量損耗，提高電源轉換效率。其中，遮罩時段TM1與未遮罩時段TM2如圖11所示意。

請參閱圖12A至圖12L，圖12A至圖12L顯示本發明之切換式轉換器之功率級電路的多種實施例。功率級電路包括彼此耦接之至少一開關與一電感，其中至少一開關根據操作訊號而切換該電感，以將輸入電源轉 換為輸出電源。如圖12A至圖12M所示，功率級電路包括例如但不限於升壓(boost)轉換器、降壓(buck)轉換器、升降壓(buck-boost)轉換器或切換式諧振槽轉換器(STC,switched tank converter)。

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:功率級電路

20:回授控制電路

21:分壓電路

22:誤差放大器

23:第一比較器

24:加法器

30:操作訊號產生電路

40:脈衝省略電路

100:切換式轉換器

Pin:輸入電源

Pout:輸出電源

Scmp:斜率補償訊號

SKP:脈衝省略訊號

SPWMad:調整後脈寬調變訊號

SPWMin:初始脈寬調變訊號

Vea:誤差放大訊號

Vout’:輸出分壓

Vref:參考電壓

Claims (20)

1. 一種具有脈衝省略模式之切換式轉換器，包含：一功率級電路，用以根據一調整後脈寬調變訊號切換其中至少一功率開關而轉換一輸入電源進而產生一輸出電源；一回授控制電路，用以比較相關於該輸出電源之一輸出電壓的一輸出分壓與一參考電壓而產生一誤差放大訊號，並比較該誤差放大訊號與一斜坡訊號而產生一初始脈寬調變訊號；一操作訊號產生電路，用以根據一脈衝省略訊號之脈衝寬度而遮罩一時脈訊號的部分脈衝，產生一設定訊號，並根據該初始脈寬調變訊號與該設定訊號，產生該調整後脈寬調變訊號；以及一脈衝省略電路，用以比較該誤差放大訊號與一脈衝省略參考訊號，而產生該脈衝省略訊號；其中該脈衝省略電路根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電壓，以適應性產生一佔空比訊號，進而產生該脈衝省略參考訊號，其中該脈衝省略參考訊號之位準相關於該調整後脈寬調變訊號於一未遮罩期間之一佔空比；其中該斜坡訊號相關於流經該功率級電路中之一電感的一電感電流中之一上升電感電流或一下降電感電流。
2. 如請求項1所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該回授控制電路包括：一誤差放大器，用以比較該輸出分壓與該參考電壓而產生該誤差放大訊號；以及 一第一比較器，用以比較該誤差放大訊號與該斜坡訊號而產生該初始脈寬調變訊號；其中該回授控制電路、該操作訊號產生電路與該功率級電路形成一回授電路，用以回授控制該誤差放大訊號相關於該斜坡訊號。
3. 如請求項2所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該脈衝省略電路包括：一佔空比時間電路，用以根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生一佔空比時間訊號；一積分電路，用以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，執行一積分運算，而產生一積分訊號；一取樣保持電路，用以取樣保持該積分訊號之峰值，而產生該脈衝省略參考訊號；以及一第二比較器，用以比較該誤差放大訊號與該脈衝省略參考訊號，產生該脈衝省略訊號。
4. 如請求項3所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該功率級電路包括一降壓型功率級電路，其中該佔空比時間電路包括：一第一充電電路，包括一第一電流源與一第一電容，其中該第一電流源根據該輸入電壓產生一第一充電電流，以對該第一電容充電，而產生一第一電壓；一第三比較器，用以比較該輸出電壓與該第一電壓，產生該佔空比時間訊號，以使該佔空比時間訊號的脈寬正比於該輸出電壓除以該輸入電壓；以及 一重置開關，與該第一充電電路耦接，用以根據該時脈訊號，重置該第一電容，其中該時脈訊號之頻率與該調整後脈寬調變訊號於該未遮罩期間之頻率相同。
5. 如請求項4所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該積分電路包括一第二電流源與一第二電容，其中該第二電流源產生一固定電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流的期間，對該第二電容充電，而產生該積分訊號。
6. 如請求項5所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該積分電路更包括一第三電流源，用以產生相關於該輸入電壓減該輸出電壓之一差值電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，也對該第二電容充電，而產生該積分訊號。
7. 如請求項3所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該功率級電路包括一反相升降壓型功率級電路，其中該佔空比時間電路包括：一第一充電電路，包括第四電流源、第五電流源與一第一電容，其中該第四電流源根據該輸入電壓產生一第四充電電流，該第五電流源根據該輸出電壓產生一第五充電電流，該第四充電電流與該第五充電電流用以對該第一電容充電，而產生一第一電壓；一第三比較器，用以比較該輸出電壓與該第一電壓，產生該佔空比時間訊號，以使該佔空比時間訊號的脈寬正比於該輸出電壓除以該輸入電壓與該輸出電壓之和；以及 一重置開關，與該第一充電電路耦接，用以根據該時脈訊號，重置該第一電容，其中該時脈訊號之頻率與該調整後脈寬調變訊號於該未遮罩期間之頻率相同。
8. 如請求項7所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該積分電路包括一第二電流源與一第二電容，其中該第二電流源產生一固定電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流的期間，對該第二電容充電，而產生該積分訊號。
9. 如請求項8所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該積分電路更包括一第三電流源，用以產生相關於該輸入電壓減該輸出電壓之一差值電流，以於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，也對該第二電容充電，而產生該積分訊號。
10. 如請求項3所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器，其中該功率級電路包括一升壓型功率級電路，其中該佔空比時間訊號的脈寬正比於1減去該輸入電壓除以該輸出電壓。
11. 一種具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，用以轉換一輸入電源而產生一輸出電源，該具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法包含：比較相關於該輸出電源之一輸出電壓的一輸出分壓與一參考電壓而產生一誤差放大訊號；比較該誤差放大訊號與一斜坡訊號而產生一初始脈寬調變訊號；根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電壓，適應性產生一佔空比訊號，進而產生一脈衝省略參考訊號，其中該脈衝省略參考訊號之位準相關於一調整後脈寬調變訊號於一未遮罩期間之一佔空比； 比較該誤差放大訊號與該脈衝省略參考訊號，而產生一脈衝省略訊號；根據該脈衝省略訊號之脈衝寬度而遮罩一時脈訊號的部分脈衝，產生一設定訊號，並根據該初始脈寬調變訊號與該設定訊號，產生該調整後脈寬調變訊號；以及根據該調整後脈寬調變訊號切換一功率級電路中之至少一功率開關而轉換該輸入電源而產生該輸出電源；其中該斜坡訊號示意流經該功率級電路中之一電感的一電感電流中之一上升電感電流或一下降電感電流。
12. 如請求項11所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該誤差放大訊號藉由回授控制而相關於該斜坡訊號。
13. 如請求項12所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該比較該誤差放大訊號與該脈衝省略參考訊號，而產生該脈衝省略訊號之步驟包括：根據該輸入電壓與該輸出電壓，產生一佔空比時間訊號；於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，執行一積分運算，而產生一積分訊號；取樣保持該積分訊號之峰值，而產生該脈衝省略參考訊號；以及比較該誤差放大訊號與該脈衝省略參考訊號，產生該脈衝省略訊號。
14. 如請求項13所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該切換式轉換器包括一降壓型功率級電路，其中該根據該輸入電源之一輸入電壓與該輸出電壓，產生一佔空比時間訊號之步驟包括：根據該輸入電壓產生一第一充電電流，以對一第一電容充電，而產生一第一電壓； 比較該輸出電壓與該第一電壓，產生佔空比時間訊號，以使該佔空比時間訊號的脈寬正比於該輸出電壓除以該輸入電壓；以及根據該時脈訊號，重置該第一電容，其中該時脈訊號之頻率與該調整後脈寬調變訊號於該未遮罩期間之頻率相同。
15. 如請求項14所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該執行該積分運算，而產生該積分訊號之步驟包括：以一固定電流，於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流的期間，對一第二電容充電，而產生該積分訊號。
16. 如請求項15所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該執行該積分運算，而產生該積分訊號之步驟更包括：以相關於該輸入電壓減該輸出電壓之一差值電流，於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，也對該第二電容充電，而產生該積分訊號。
17. 如請求項13所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該切換式轉換器包括一反相升降壓型功率級電路，其中該根據該輸入電源之該輸入電壓與該輸出電壓，產生該佔空比時間訊號之步驟包括：根據該輸入電壓產生一第四充電電流，並根據該輸出電壓產生一第五充電電流，該第四充電電流與該第五充電電流用以對一第一電容充電，而產生一第一電壓；比較該輸出電壓與該第一電壓，產生佔空比時間訊號，以使該佔空比時間訊號的脈寬正比於該輸出電壓除以該輸入電壓與該輸出電壓之和；以及根據一時脈訊號，重置該第一電容，其中該時脈訊號之頻率與該初始脈寬調變訊號之頻率相同。
18. 如請求項17所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該執行該積分運算，而產生該積分訊號之步驟包括：以一固定電流，於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流的期間，對一第二電容充電，而產生該積分訊號。
19. 如請求項18所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該執行該積分運算，而產生該積分訊號之步驟更包括：以相關於該輸入電壓減該輸出電壓之一差值電流，於該佔空比時間訊號的脈寬示意該電感電流為該上升電感電流或該下降電感電流持續期間，也對該第二電容充電，而產生該積分訊號。
20. 如請求項13所述之具有脈衝省略模式之切換式轉換器的控制方法，其中該切換式轉換器包括一升壓型功率級電路，其中該佔空比時間訊號的脈寬正比於1減去該輸入電壓除以該輸出電壓。