TWI832595B - 切換式電源電路、控制電路及其控制方法 - Google Patents

切換式電源電路、控制電路及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本發明提供切換式電源電路、控制電路及提供驅動電壓的方法。切換式電源電路包括一第一開關及一第二開關。用於切換式電源電路的控制電路包括一電壓偵測電路、一導通時間調整電路以及一驅動電路。電壓偵測電路耦接至第一開關的一第一端，並用以偵測第一開關的一電壓訊號。導通時間調整電路耦接至電壓偵測電路，並用以依據電壓訊號提供一第一開關導通時間訊號以調整第一開關的一導通時間。驅動電路耦接至導通時間調整電路，並用以依據第一開關導通時間訊號提供一驅動訊號至第一開關的一控制端。

Description

切換式電源電路、控制電路及其控制方法
本發明的實施例是關於一種電子電路，更具體地說，尤其是關於一種切換式電路電源電路以及控制電路。
傳統的切換式電源電路通常包括兩個開關。第一開關耦接至電壓源以接收輸入電壓，通常被稱為高側開關，第二開關耦接在第一開關與一接地端之間，通常被稱為低側開關。高側開關和低側開關會交替地導通和關斷。圖1A及圖1B分別繪示了切換式電源電路的兩種傳統的控制機制的示意圖。如圖1A所示，高側開關QH及低側開關QL完全互補的交替導通，也就是說，當高側開關為導通時(QH_Vgs為高位準)，低側開關為關斷(QL_Vgs為低位準)；而當高側開關為關斷時(QH_Vgs為低位準)，則低側開關為導通(QL_Vgs為高位準)。另一種控制機制如圖1B所 示，高側開關以固定時間導通。在此情況下，不論低側開關導通的時間期間如何調整，高側開關的導通期間都是固定的。
本發明提供了一種新的控制高側開關的導通的方法及控制電路。
依據本發明的一實施例提供了一種用於切換式電源電路的控制電路，切換式電源電路包括一第一開關及一第二開關。控制電路包括一電壓偵測電路、一導通時間調整電路以及一驅動電路。電壓偵測電路耦接至第一開關的一第一端，並用以偵測第一開關的一電壓訊號。導通時間調整電路耦接至電壓偵測電路，並用以依據電壓訊號提供一第一開關導通時間訊號以調整第一開關的一導通時間。驅動電路耦接至導通時間調整電路，並用以依據第一開關導通時間訊號提供一驅動訊號至第一開關的一控制端。
依據本發明的一實施例提供了一種切換式電源電路的控制方法，其中，切換式電源電路包括一第一開關及一第二開關。控制方法包括以下步驟。偵測第一開關的一第一端的一電壓訊號。將電壓訊號與一電壓閾值作比較而提供一比較結果。依據電壓訊號與電壓閾值之比較結果提供一第一開關導通時間訊號以調整第一開關的一導通時間。依據第一開關導通時間訊號提供一驅動訊號至第一 開關。
依據本發明的一實施例提供了一種提供切換式電源電路。切換式電源電路包括變壓器、一次側電路以及二次側電路。變壓器包括一次側線圈以及二次側線圈。一次側電路耦接至一次側線圈，並用以從一電壓輸入端接收一輸入電壓，其中，一次側電路包括一箝位電容、一第一開關、一第二開關及一箝位控制電路。箝位電容具有一第一端及一第二端，其中，箝位電容的第一端耦接至電壓輸入端。第一開關具有一第一端、一第二端及一控制端，其中，第一開關的該一端耦接至箝位電容的第二端。第二開關具有一第一端、一第二端及一控制端，其中，第二開關的第一端耦接至第一開關的第二端，第二開關的第二端耦接至一接地端。箝位控制電路包括一電壓偵測電路、一導通時間調整電路以及一驅動電路。電壓偵測電路耦接至第一開關的第一端，並用以偵測第一開關的一電壓訊號。導通時間調整電路耦接至電壓偵測電路，並用以依據電壓訊號提供一第一開關導通時間訊號以調整第一開關的一導通時間。驅動電路耦接至導通時間調整電路，並用以依據第一開關導通時間訊號提供一驅動訊號至第一開關的控制端。二次側電路耦接至二次側線圈，用以在一電壓輸出端提供一輸出電壓。
200,300,40:切換式電源電路
10:一次側電路
20,32:二次側電路
210:箝位控制電路
220,320:一次側控制電路
310:箝位控制電路
400,600,700,800:控制電路
410,610:電壓偵測電路
420,720:導通時間調整電路
430,630,730:驅動電路
622:判斷電路
624:選擇電路
712:取樣保持電路
740:比較電路
812:放大器電路
822:電流源
832:比較器
834:正反器
836:單觸發電路
M1,M2,QH,QL,QSR,814,824:開關
T:變壓器
Lp:一次側線圈
Ls:二次側線圈
Csn,COUT,C0,CH:電容
D1:整流二極體
Rcs,R1:電阻
VIN,GND,SGND,VOUT,S,R,Q,
Figure 111146449-A0305-02-0023-1
:端點
TON:第一開關導通時間訊號
Vi,Vclamp,Vo,VSH,Vref:電壓
Vdec:電壓分壓訊號
G1,G2:驅動訊號
VGS,VD:電壓訊號
Vth,VA:電壓閾值
TA,TB:導通時間值
QH_Vgs,QL_Vgs,M1_Vgs,M2_Vgs,S1,I,Sch,Sdis,S2:訊號
VD,VG,VCC,VSS,CS,SET,VDD:接腳
562,564,572,574,972,974,976,982,984,986,992,994,996:訊 號波形
t0至t4:時間點
△t1,△t2,△t3:第一開關導通期間
1000,1100,1200:方法
1010至1040,1110至1140,1210至1250:流程步驟
為了更好的理解本發明，將根據以下附圖而 對本發明進行詳細描述。其中，相同的元件具有相同的附圖標記。以下附圖僅用於說明，因此可能僅繪示裝置的一部份，並且不一定按實際比例來繪製。
[圖1A]及[圖1B]分別繪示了切換式電源電路的兩種傳統的控制機制的示意圖。
[圖2]繪示了依據本發明一實施例的切換式電源電路的電路圖。
[圖3]繪示了依據本發明一實施例的用於切換式電源電路的控制電路的示意圖。
[圖4]繪示了依據本發明一實施例的用於切換式電源電路的控制電路的方塊圖。
[圖5]繪示了依據本發明一實施例的控制電路的多個訊號的模擬的波形圖。
[圖6]繪示了依據本發明另一實施例的控制電路的方塊圖。
[圖7]繪示了依據本發明又一實施例的控制電路的方塊圖。
[圖8]繪示了依據本發明一實施例的控制電路的電路圖。
[圖9]繪示了依據本發明一實施例的如圖8所示的控制電路的多個訊號的模擬的波形圖。
[圖10]繪示了依據本發明一實施例的切換式電源電路的控制方法的流程圖。
[圖11]繪示了依據本發明另一實施例的切換式電源電 路的控制方法的流程圖。
[圖12]繪示了依據本發明又一實施例的切換式電源電路的控制方法的流程圖。
下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述已知的電路、材料或方法。
本文描述的用語如「耦接」及「連接」被定義為以電性的方式或非電性的方式來直接或間接地連接。用語如「一」、「該」及「該些」包括複數個。在本文中使用的「在一實施例中」的用語並不一定指向同一個實施例，但也可以是同一個實施例。為了方便說明，在本文中使用的電晶體為金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)具有第一端(例如，汲極)、第二端(例如，源極)及控制端(例如，閘極)。本領域技術人員應理解也可以使用其他種類的電晶體，並且對應地修改電晶體的連接方式。本領域技術人員應理解為上述用語的意義並不限制該些用語，而僅是用於為該些用語提供說明性的示例。
依據本發明一實施例，提供一種切換式電源 電路。圖2繪示了依據本發明一實施例的切換式電源電路200的電路圖。在此實施例中，切換式電源電路200為返馳式轉換電路，包括變壓器T、一次側電路10以及二次側電路20。變壓器T包括一次側線圈Lp以及二次側線圈Ls。如圖2所示，一次側電路10，耦接至一次側線圈Lp，並用以從一電壓輸入端VIN接收一輸入電壓Vi。一次側電路10包括一箝位電容Csn、第一開關QH及第二開關QL。其中，箝位電容Csn的第一端耦接至電壓輸入端VIN，箝位電容Csn的第二端耦接至第一開關QH的第一端，第一開關QH的第二端耦接至第二開關QL的第一端，第二開關QL的第二端耦接至一接地端GND。
在此實施例中，一次側電路10更包括箝位控制電路210以及一次側控制電路220。箝位控制電路210用以提供控制訊號G1到第一開關QH的控制端，以控制第一開關QH因應於控制訊號G1被導通及被關斷。一次側控制電路220用以提供控制訊號G2到第二開關QL的控制端，以控制第二開關QL因應於控制訊號G2被導通及被關斷。當一次側控制電路提供控制訊號G2而關斷第二開關QL時，透過導通第一開關QH而對箝位電容Csn充電而可回收變壓器T的漏電感能量。
如圖2所示，二次側電路20，耦接至二次側線圈Ls，用以在一電壓輸出端VOUT提供一輸出電壓Vo至一負載。在此實施例中，二次側電路20包括一整流二極體D1以及輸出電容COUT。
圖3繪示了依據本發明一實施例的用於切換式電源電路300的箝位控制電路310的示意圖。在此實施例中，切換式電源電路300為返馳式轉換電路，箝位控制電路310可整合為一積體電路(IC)。如圖3所示，箝位控制電路310包括VD接腳、VG接腳、VCC接腳及VSS接腳。VD接腳耦接至第一開關QH的第一端，並用以偵測至第一開關QH的一電壓訊號。VG接腳耦接至第一開關QH的控制端，並用以提供驅動訊號以導通或關斷第一開關QH。VCC接腳透過二極體D0耦接以接收電壓源VS，VSS接腳耦接至一IC接地端SGND。在此實施例中，IC接地端為第二開關QL的第一端。在此實施例中，二次側電路32可用整流開關QSR取代整流二極體D1。
在一些實施例中，箝位控制電路310包括更多接腳。舉例來說，CS接腳用以藉由電流感側電阻Rcs感應流過第一開關QH的電流。SET接腳耦接至電阻R1以設定第一開關QH的最大導通時間值。VDD接腳耦接至電容C0，並用於產生提供給驅動電路的電壓。
在一實施例中，一次側控制電路320也可整合為一積體電路。在另一實施例中，箝位控制電路310以及一次側控制電路320可一起整合為同一個積體電路。
圖4繪示了依據本發明一實施例的用於切換式電源電路40的控制電路400的方塊圖。在此實施例中，切換式電源電路包括第一開關M1及第二開關M2。在一些實施例中，控制電路400可用於如圖2所示的切換式電源電 路200，也可用於如圖3所示的切換式電源電路300。在一些實施例中，控制電路400可用於返馳式轉換電路。然而，本發明不限於此。在其他實施例中，控制電路400也可用於其他類型的切換式電源電路。
如圖4所示，控制電路400包括電壓偵測電路410、導通時間調整電路420以及驅動電路430。電壓偵測電路410用以偵測第一開關M1的一電壓訊號VD。具體地，電壓偵測電路410耦接至第一開關M1的第一端以及箝位電容Csn，以偵測電壓訊號VD。導通時間調整電路420耦接至電壓偵測電路410，並用以依據電壓訊號VD提供第一開關導通時間訊號TON以調整第一開關M1的導通時間。驅動電路430，耦接至導通時間調整電路420，並用以依據第一開關導通時間訊號TON而提供驅動訊號G1至第一開關M1的控制端。
在一實施例中，第一開關導通時間訊號TON可指示第一開關M1從開始導通到關斷的導通期間。在另外一個例子中，第一開關導通時間訊號TON可指示第一開關M1的從導通切換為關斷的時間點。在一實施例中，第一開關導通時間訊號TON可以包括具有上升緣及下降緣的脈衝訊號。在另一實施例中，第一開關導通時間訊號TON可包括預先設定的時間參數的數值。在實作中，可使用程式設第一開關M1持續導通的時間的數值。
圖5繪示了依據本發明一實施例的控制電路(例如，圖4所示的控制電路400)的多個訊號的模擬的波形 圖。在一實施例中，第一開關M1及第二開關M2為n型的金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)，具有第一端(汲極)、第二端(源極)及控制端(閘極)。控制訊號G1和控制訊號G2(例如，電壓訊號VGS)分別被提供到第一開關M1及第二開關M2的閘極，以在高位準(VGS
Figure 111146449-A0305-02-0012-2
Vth)時導通第一開關M1及第二開關M2，反之在低位準(VGS<Vth)時關斷第一開關M1及第二開關M2。首先，在t0時間點，控制訊號M2_VGS由低位準轉為高位準，即第二開關M2開始導通，而第一開關M1為關斷。在t1時間點，提供給第二開關M2的控制訊號M2_VGS由高位準轉為低位準而關斷第二開關M2。此時，控制訊號M1_VGS由低位準轉為高位準而第一開關M1開始導通，藉由導通第一開關M1對箝位電容Csn充電而回收變壓器T的一次側線圈Lp的漏電感能量。在t2時間點，控制訊號M1_VGS由高位準轉為低位準而關斷第一開關M1。在t3時間點，下一個週期開始，第二開關M2又開始導通直到在t4時間點被關斷。
藉由導通第一開關QH而對箝位電容Csn充電而可回收變壓器T的漏電感(例如，圖4的一次側線圈Lp的漏電感)能量。由於第一開關M1的導通會影響整個系統的效能，因此通常會希望第一開關M1的導通時間愈短愈好。然而，較短的第一開關M1的導通時間，箝位電容Csn上的跨電壓(例如，圖4所示的Vclamp)會變高，在第二開關M2關斷的瞬間，可能會產生大的電壓突波而造成箝位電容Csn、或開關等元件的損壞。另一方面，又因為變壓器 的漏電感可能在量產時會有不同的誤差，而導致箝位電容Csn上的跨電壓可能會不同。因此，本發明提供一種新的控制方法及電路以調整第一開關M1的導通時間。
在一實施例中，第一開關M1的電壓訊號VD是在第二開關M2為導通狀態時偵測，例如t0到t1期間的任一時間點，或者例如t3到t4期間的任一時間點。再依據偵測到的電壓訊號VD位準調整第一開關M1的導通時間。舉例來說，當箝位電容Csn的跨電壓較高時，第一開關M1的導通時間較長。如圖5所示，在箝位電容Csn的跨電壓Vclamp的波形562的位準高於Vclamp波形564的位準時，控制訊號M1_Vgs為高位準的期間△t1大於△t2。本發明的控制電路可在偵測到電壓訊號VD較高時，延長第一開關M1的導通時間，使得箝位電容的跨電壓Vclamp被抑制，可確保系統安全操作而避免元件損壞。另一方面，當偵測到較低的電壓訊號VD時，可縮短第一開關M1的導通時間，而減少能量的消耗因此提升系統的效能。
在另一實施例中，第一開關M1的電壓訊號VD是在第一開關M1為關斷狀態時偵測，例如t2到t4期間的任一時間點，再依據偵測到的電壓訊號VD位準調整第一開關M1的導通時間。在一些實施例中，可在任一週期的一時間點偵測第一開關M1的電壓訊號VD，且據此調整第一開關M1的導通時間。在另一些實施例中，可在每一切換週期的特定一時間點偵測第一開關M1的電壓訊號VD，且據此在下一週期調整第一開關M1的導通時間。在其他實 施例中，可持續偵測電壓訊號VD，而隨時調整第一開關M1導通時的導通時間。
在一實施例中，第一開關M1的導通時間為預先設定的定值。舉例來說，導通時間調整電路420更用以判斷電壓訊號VD是否小於一電壓閾值(例如，Vth)。當電壓訊號VD小於電壓閾值Vth時(例如，電壓訊號VD的波形574的位準低於Vth)，第一開關M1的導通時間為一第一值(例如，△t2)；且當電壓訊號VD大於電壓閾值Vth時(例如，電壓訊號VD的波形572的位準高於Vth)，第一開關M1的導通時間為一第二值(例如，△t1)，且△t1>△t2。
在另一實施例中，第一開關M1的第一端的電壓訊號VD與第一開關M1的導通時間呈正相關。舉例來說，圖4所示的電壓偵測電路410可包括取樣保持電路，用以在第一開關M1為關斷狀態時取樣第一開關M1的第一端的電壓訊號VD並保持為一取樣保持電壓VSH。圖4所示的導通時間調整電路420可包括下拉電路以及邏輯電路。下拉電路用以在第一開關M1為導通狀態時下拉取樣保持電壓VSH下降。邏輯電路用以在取樣保持電壓VSH下降至參考電壓Vref時，提供一關斷指示信號以指示關斷第一開關M1。也就是說，當取樣到的第一開關M1的第一端的電壓訊號VD(即取樣保持電壓VSH)為一較大的數值時，因為需要更久的時間放電以將取樣保持電壓VSH下降至參考電壓Vref，關斷指示信號會較晚才關斷第一開關M1，因此具有較長的導通時間。相反的，當取樣到的第一開關M1的第一端 的電壓訊號VD(即取樣保持電壓VSH)為一較小的數值時，因為將取樣保持電壓VSH下降至參考電壓Vref的放電時間較短，關斷指示信號會較早關斷第一開關M1，因此具有較短的導通時間。
圖6繪示了依據本發明另一實施例的控制電路600的方塊圖。與圖4的控制電路400相比，在圖6所示的實施例中，導通時間調整電路更包括判斷電路622以及選擇電路624。判斷電路622用以將電壓訊號VD與至少一電壓閾值VA作比較並判斷電壓訊號VD之位準(例如，以訊號S1表示)。選擇電路624用以依據電壓訊號VD之位準從多個導通時間值中(例如，TA及TB)選擇一個作為第一開關M1的導通時間。驅動電路630用以依據第一開關導通時間訊號TON提供驅動訊號G1至第一開關M1的控制端。舉例來說，可預先設定多個電壓閾值而將電壓訊號VD分為多個位準，再對應偵測到的每個不同的位準，選擇對應的導通時間值來調整第一開關M1的導通時間。在一實施例中，可偵測電壓訊號VD的最大值，而依據最大值設定第一開關M1的導通時間。在另一實施例中，可持續偵測電壓訊號VD而依據電壓訊號VD達到穩態的值設定第一開關M1的導通時間。然而，本發明不限於此，可偵測電壓訊號VD，而依據各種判斷條件與一或多個電壓閾值VA作比較而選擇適當的第一開關M1的導通時間。
圖7繪示了依據本發明又一實施例的控制電路700的方塊圖。與圖4的控制電路400相比，在圖7所示的 實施例中，電壓偵測電路包括取樣保持電路712，用以在第一開關M1為關斷狀態時取樣第一開關M1的第一端的電壓訊號VD並保持為一取樣保持電壓VSH。在此實施例中，控制電路700更包括比較電路740，用以將取樣保持電壓VSH與一參考電壓Vref作比較並提供電壓差值△V。導通時間調整電路720依據電壓差值△V調整第一開關M1的導通時間。驅動電路730用以依據第一開關導通時間訊號TON提供驅動訊號G1至第一開關M1的控制端。
在一實施例中，電壓差值△V與第一開關M1的導通時間正相關。正相關表示電壓差值△V與第一開關M1的導通時間呈現同一方向的變化趨勢。也就是說，在電壓差值△V增加時，第一開關M1的導通時間也會變長，反之在電壓差值△V減少時，第一開關M1的導通時間也會變短。在一個例子中，電壓差值△V與第一開關M1的導通時間可以一線性關係的函數表示。例如，可調整第一開關M1的導通時間ton，例如為t ON=a×△V+t ON,min，其中，a為係數，ton,min為第一開關M1的最小導通時間。在實作中，第一開關M1的最小導通時間ton,min用來回收第二開關M2關斷時的能量。在另一實作中，可調整第一開關M1的導通時間ton使其不超過預先設定的最大導通時間。然而，本發明不以此為限。電壓差值△V與第一開關M1的導通時間之間的關係不一定是等比例的。在另外一個例子中，也可以非線性的調整第一開關M1的導通時間，或以任何正相關的趨勢依據電壓差值△V調整第一開關M1的導通時間。
圖8繪示了依據本發明一實施例的控制電路800的電路圖。在此實施例中，控制電路800包括取樣保持電路、導通時間調整電路以及驅動電路。為了簡化說明，本領域具有通常知識者皆了解驅動電路的原理及實施方式，故未繪示在圖8中，也省略相關描述。
取樣保持電路包括放大器電路812、取樣開關814以及保持電容CH。放大器電路812具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，放大器電路812的第一輸入端耦接至第一開關M1的第一端並用以接收電壓訊號VD。在此實施例中，放大器電路812的正相輸入端透過分壓電路耦接至第一開關M1的第一端並用以接收電壓訊號VD的電壓分壓訊號Vdec，放大器電路812的反相輸入端耦接至其輸出端。取樣開關814，具有一第一端、一第二端及一控制端，其中，取樣開關814的第一端耦接至放大器電路812的輸出端，其第二端耦接至保持電容CH，其控制端用以基於控制訊號Sch而導通或關斷。保持電容CH用以提供取樣保持電壓VSH。
在此實施例中，導通時間調整電路包括下拉電路以及邏輯電路。如圖8所示，下拉電路包括電流源822以及放電開關824。電流源822耦接至保持電容CH，並用以提供一電流I。放電開關824耦接在電流源822與參考端SGND之間，並基於控制訊號Sdis而導通或關斷。其中，當放電開關824導通時，將保持電容CH提供的取樣保持電壓VSH下拉。
邏輯電路包括比較器832、正反器834以及單觸發(one shot)電路836。比較器832具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，比較器832的第一輸入端耦接至下拉電路，比較器832的第二輸入端用以接收一參考電壓Vref。正反器834具有一設定輸入端S、一重設輸入端R及一輸出端Q，其中，正反器834的重設輸入端R耦接至比較器832的輸出端。詳細地，比較器832的反相輸入端耦接至電流源822與保持電容CH連接的節點以接收取樣保持電壓VSH，比較器832的正相輸入端用以接收參考電壓Vref，以在下拉後的取樣保持電壓VSH與參考電壓Vref相等時，觸發單觸發電路836提供一個單脈衝的訊號，單脈衝訊號重設正反器834，以指示關斷第一開關M1。在一實施例中，正反器834的設定輸入端用以接收控制訊號S2，控制訊號S2例如是指示第一開關M1導通的訊號，並在輸出端提供第一開關導通時間訊號TON。舉例來說，在第二開關M2關斷時，設定正反器834，以使第一開關開始導通。
圖9繪示了依據本發明如圖8所示的控制電路800的多個訊號的模擬的波形圖。由於放電開關824導通時電流源822決定了保持電容CH放電的速率(即取樣保持電壓VSH下降的速率)，當取樣到的電壓分壓訊號Vdec具有較高的值時，需要更久的時間放電使取樣保持電壓VSH下降至與參考電壓Vref相等，而因此產生的第一開關的控制訊號具有較長的導通時間。如圖9所示，電壓分壓訊號Vdec的波形972的位準高於波形974的位準再高於波形976的位 準，因此取樣保持電壓VSH的波形982下降至與參考電壓Vref相等的時間△t1大於波形984下降的時間△t2再大於波形986下降的時間△t3，也因此對應的第一開關的控制訊號M1_VGS的波形992的導通時間比波形994的導通時間更長，也比波形996的導通時間更長。換句話說，第一開關M1的第一端的電壓訊號VD與第一開關M1的導通時間呈正相關。由於本發明依據偵測到的電壓訊號最佳化地調整第一開關的導通時間，可確保安全操作而避免元件損壞，並且提升系統的效能。
圖8所示的取樣開關814基於控制訊號Sch而導通或關斷。在圖9的實施例中，控制訊號Sch與第一開關M1為關斷狀態完全同步，也就是說控制訊號Sch可以是正反器834的輸出訊號
Figure 111146449-A0305-02-0019-3
。在另一實施例中，控制訊號Sch可以是在第二開關為導通狀態時控制取樣開關814導通。圖4所示的放電開關824基於控制訊號Sdis而導通或關斷。在圖9的實施例中，控制訊號Sdis與第一開關M1為導通狀態完全同步，也就是說控制訊號Sdis即是正反器834的輸出訊號Q。
應當理解的是，上述的控制電路及其組成元件的結構以及訊號位準波形僅為示意說明，本發明不限於此。本領域具有通常知識者可依據實際應用需求設計不同架構的電路以及調整對應的訊號形式以完成本發明的控制電路而達成對應的功能。例如，控制電路400至800、電壓偵測電路410、導通時間調整電路420、驅動電路430、取 樣保持電路712、比較電路740、判斷電路622、下拉電路、邏輯電路可用數位電路實現、也可用類比電路實現、或者使用軟體實現，又或者使用上述的組合實現。
為了方便描述，在本發明中，各控制訊號、電壓訊號與導通時間訊號為同步地切換。然而，本發明不限於此。在一些實施例中，在不同狀態的切換過程中，偵測的電壓訊號、導通時間訊號、控制訊號與驅動訊號之間可設置為延遲一段時間，或者根據實際應用在上升緣或下降緣而有延遲產生。因此可根據實際應用調整各個訊號的時間點，設置延遲而仍可達成本案的控制電路。
圖10繪示了依據本發明一實施例的切換式電源電路的控制方法1000的流程圖。可使用圖4、圖6、圖7或圖8所示的控制電路來執行方法1000。應當理解的是，也可使用其他電路或元件來執行方法1100。方法包括步驟1010至1040。
在步驟1010中，偵測一第一開關的一電壓訊號。在步驟1020中，將電壓訊號與一電壓閾值作比較而提供一比較結果。在步驟1030中，依據電壓訊號電壓閾值之比較結果提供一第一開關導通時間訊號以調整第一開關的一導通時間。在步驟1040中，依據第一開關導通時間訊號提供一驅動訊號至第一開關。
圖11繪示了依據本發明另一實施例的切換式電源電路的控制方法1100的流程圖。可使用圖4、圖6、圖7或圖8所示的控制電路來執行方法1100。應當理解的是， 也可使用其他電路或元件來執行方法1100。方法包括步驟1110至1140。
在步驟1110中，在第一開關為關斷狀態時取樣第一開關的第一端的電壓訊號並保持為取樣保持電壓。在步驟1120中，判斷取樣保持電壓是否小於一電壓閾值。當取樣保持電壓被判斷為小於該電壓閾值時，執行步驟1130。在步驟1130中，調整該第一開關的一導通時間為一第一值。另一方面，若判斷取樣保持電壓並未小於該電壓閾值，則執行步驟1140。在步驟1140中，調整第一開關的一導通時間為一第二值，其中，第二值大於第一值。
圖12繪示了依據本發明又一實施例的切換式電源電路的控制方法1200的流程圖。可使用圖4、圖6、圖7或圖8所示的控制電路來執行方法1200。應當理解的是，也可使用其他電路或元件來執行方法1200。方法包括步驟1210至1250。
在步驟1210中，在第一開關為關斷狀態時取樣第一開關的第一端的電壓訊號並保持為取樣保持電壓。在步驟1220中，在第一開關為導通狀態時下拉取樣保持電壓。在步驟1230中，當取樣保持電壓下降至參考電壓時，提供一關斷指示信號以指示關斷第一開關。在步驟1240中，依據關斷指示信號提供第一開關導通時間訊號。在步驟1250中，依據第一開關導通時間訊號提供一驅動訊號至第一開關。
綜上，本發明揭露了一種切換式電源電路、 控制電路及切換式電源電路的控制方法。雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變化和變型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。
40:切換式電源電路
400:控制電路
410:電壓偵測電路
420:導通時間調整電路
430:驅動電路
M1,M2:開關
Csn:箝位電容
VIN:電壓輸入端
TON:第一開關導通時間訊號
Vclamp:電壓
G1,G2:驅動訊號
VD:電壓訊號

Claims (19)

  1. 一種用於切換式電源電路的控制電路，其中，該切換式電源電路包括一次側電路，該一次側電路包括第一開關、第二開關及箝位電容，該第一開關的第一端係耦接至該箝位電容的一端，該第一開關的第二端係耦接至該第二開關的第一端，該控制電路包括：電壓偵測電路，係耦接至該第一開關的該第一端，並用以偵測該第一開關的該第一端的電壓訊號；導通時間調整電路，係耦接至該電壓偵測電路，並用以依據該第一開關的該第一端的該電壓訊號提供第一開關導通時間訊號以調整該第一開關的導通時間；以及驅動電路，係耦接至該導通時間調整電路，並用以依據該第一開關導通時間訊號提供驅動訊號至該第一開關的控制端。
  2. 如請求項1所述的控制電路，其中，該導通時間調整電路更用以判斷該電壓訊號是否小於電壓閾值，當該電壓訊號小於該電壓閾值時，該第一開關的該導通時間為第一值；且當該電壓訊號大於該電壓閾值時，該第一開關的該導通時間為第二值，該第二值大於該第一值。
  3. 如請求項1所述的控制電路，其中，該電壓偵測電路包括：取樣保持電路，用以在該第一開關為關斷狀態時取樣該第一開關的該第一端的該電壓訊號並保持為取樣保持電 壓。
  4. 如請求項3所述的控制電路，更包括：比較電路，用以將該取樣保持電壓與參考電壓作比較並提供電壓差值；其中，該導通時間調整電路依據該電壓差值調整該第一開關的該導通時間，且該電壓差值與該第一開關的該導通時間呈正相關。
  5. 如請求項1所述的控制電路，其中，該導通時間調整電路包括：判斷電路，用以將該電壓訊號與至少一電壓閾值作比較並判斷該電壓訊號之位準；以及選擇電路，用以依據該電壓訊號之位準而從多個導通時間值中選擇一個作為該第一開關的該導通時間。
  6. 如請求項4所述的控制電路，其中，該導通時間調整電路更包括：下拉電路，用以在該第一開關為導通狀態時下拉該取樣保持電壓；以及邏輯電路，用以在該取樣保持電壓下降至該參考電壓時，提供關斷指示信號以指示關斷該第一開關。
  7. 如請求項6所述的控制電路，其中，該取樣保持電路包括：放大器電路，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，其中，該放大器電路的該第一輸入端係耦接至該第一開關的該第一端並用以接收該電壓訊號； 取樣開關，具有第一端、第二端及控制端，其中，該取樣開關的該第一端係耦接至該放大器電路的該輸出端；以及保持電容，係耦接至該取樣開關的該第二端並用以提供該取樣保持電壓。
  8. 如請求項7所述的控制電路，其中，該下拉電路包括：電流源，係耦接至該保持電容，並用以提供電流；以及放電開關，係耦接在該電流源與參考端之間，其中，當該放電開關為導通時將該保持電容提供的該取樣保持電壓下拉。
  9. 如請求項8所述的控制電路，其中，該邏輯電路包括：比較器，具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端，其中，該比較器的該第一輸入端係耦接至該下拉電路，該比較器的該第二輸入端用以接收參考電壓；以及正反器，具有設定輸入端、重設輸入端及輸出端，其中，該正反器的該重設輸入端係耦接至該比較器的該輸出端，用以在該取樣保持電壓下降至該參考電壓時被觸發重設而以指示關斷該第一開關。
  10. 一種切換式電源電路的控制方法，其中，該切換式電源電路包括第一開關及第二開關，該控制方法包括： 偵測該第一開關的第一端的電壓訊號；將該電壓訊號與電壓閾值作比較而提供比較結果；依據該電壓訊號與該電壓閾值之該比較結果提供第一開關導通時間訊號以調整該第一開關的導通時間；以及依據該第一開關導通時間訊號提供驅動訊號至該第一開關。
  11. 如請求項10所述的控制方法，其中，當該電壓訊號小於該電壓閾值時，該第一開關的該導通時間為第一值；且當該電壓訊號大於該電壓閾值時，該第一開關的該導通時間為第二值，該第二值大於該第一值。
  12. 如請求項10所述的控制方法，其中，該控制方法更包括：在該第一開關為關斷狀態時，取樣該第一開關的該第一端的該電壓訊號並保持為取樣保持電壓。
  13. 如請求項12所述的控制方法，其中，該控制方法更包括：將該取樣保持電壓與參考電壓作比較並提供電壓差值，其中，該電壓差值與該第一開關的該導通時間呈正相關。
  14. 如請求項10所述的控制方法，更包括：將該電壓訊號與至少一該電壓閾值作比較並判斷該電壓訊號之位準；以及依據該電壓訊號之位準而從多個導通時間值中選擇一個作為該第一開關的該導通時間。
  15. 如請求項12所述的控制方法，更包括：在該第一開關為導通狀態時下拉該取樣保持電壓；以及當該取樣保持電壓下降至該參考電壓時，提供關斷指示信號以指示關斷該第一開關。
  16. 一種切換式電源電路，包括：變壓器包括一次側線圈以及二次側線圈；一次側電路，係耦接至該一次側線圈，並用以從電壓輸入端接收輸入電壓，其中，該一次側電路包括：箝位電容，具有第一端及第二端，其中，該箝位電容的該第一端係耦接至該電壓輸入端；第一開關，具有第一端、第二端及控制端，其中，該第一開關的該第一端係耦接至該箝位電容的該第二端；第二開關，具有第一端、第二端及控制端，其中，該第二開關的該第一端係耦接至該第一開關的該第二端，該第二開關的該第二端係耦接至接地端；及箝位控制電路，包括：電壓偵測電路，係耦接至該第一開關的該第一端，並用以偵測該第一開關的該第一端的電壓訊號；導通時間調整電路，係耦接至該電壓偵測電路，並用以依據該第一開關的該第一端的該電壓訊號提供第一開關導通時間訊號以調整該第一開關的導通時間；以及 驅動電路，係耦接至該導通時間調整電路，並用以依據該第一開關導通時間訊號提供驅動訊號至該第一開關的該控制端；以及二次側電路，係耦接至該二次側線圈，用以在電壓輸出端提供輸出電壓。
  17. 如請求項16所述的切換式電源電路，其中，該導通時間調整電路更用以判斷該電壓訊號是否小於電壓閾值，當該電壓訊號小於該電壓閾值時，該第一開關的該導通時間為第一值；且當該電壓訊號大於該電壓閾值時，該第一開關的該導通時間為第二值，該第二值大於該第一值。
  18. 如請求項16所述的切換式電源電路，其中，該電壓偵測電路包括：取樣保持電路，用以在該第一開關為關斷狀態時取樣該第一開關的該第一端的該電壓訊號並保持為取樣保持電壓。
  19. 如請求項18所述的切換式電源電路，其中，該導通時間調整電路更包括：下拉電路，用以在該第一開關為導通狀態時下拉該取樣保持電壓；以及邏輯電路，用以在該取樣保持電壓下降至該參考電壓時，提供關斷指示信號以指示關斷該第一開關。
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