專利名稱：切換式電源供應(yīng)器及其驅(qū)動電路與控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種切換式電源供應(yīng)器及其驅(qū)動電路與控制方法，特別是指一種可 控制使其操作模式操作于或接近于邊界導(dǎo)通模式(Boundary Conduction Mode, BCM)的 切換式電源供應(yīng)器及其驅(qū)動電路與控制方法。
背景技術(shù)：
圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的切換式電源供應(yīng)器電路圖，其中PWM控制器11控制功率級 12中至少一個功率晶體管以將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout。功率級12可為但不限 于同步或異步的降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型轉(zhuǎn)換電路，如圖2A-2H所示?；?到圖1，回授電路13產(chǎn)生與輸出電壓Vout相關(guān)的回授訊號并將此回授訊號輸入PWM控 制器11，以使PWM控制器11可控制功率級12以調(diào)節(jié)輸出電壓Vout或輸出電流Iout至 欲達(dá)到的目標(biāo)。圖3顯示切換式電源供應(yīng)器產(chǎn)生兩輸出電壓第一輸出電壓Voutl與第二輸出電 壓Vout2，并有兩回授電路第一回授電路13A及第二回授電路13B。功率級12在本圖 中可為但不限于同步或異步的升反壓型轉(zhuǎn)換電路，如圖4A及4B所示。圖5A-5C顯示切換式電源供應(yīng)器的三種操作模式訊號波形圖，其以圖2D的異步 升壓型切換式電源供應(yīng)器為例。如圖5A所示，在連續(xù)導(dǎo)通模式(Continuous Conduction Mode, CCM)中，功率開關(guān)在電感電流I(L)降至零以前導(dǎo)通。如此會引起較大的開關(guān) 切換損失以及較高的電磁干擾(electro-magnetic interferences，EMI)，特別是在高電壓應(yīng) 用中。而在不連續(xù)導(dǎo)通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)中，如圖5C所示， 為供應(yīng)所需的功率至輸出端，需要較高的峰值電流，且因而需要具有較高額定電流的功 率開關(guān)，如此會造成較高的導(dǎo)通功率損失。因此，在許多的應(yīng)用情況中，切換式電源供應(yīng)器操作于如圖5B所示的邊界導(dǎo)通 模式(BCM)是最佳的模式。有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種切換式電源供應(yīng)器及 其驅(qū)動電路與控制方法，以使切換式電源供應(yīng)器操作于BCM。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種可受控操作于邊界 導(dǎo)通模式的切換式電源供應(yīng)器。本發(fā)明的另一目的在于，提出一種上述切換式電源供應(yīng)器的驅(qū)動電路。本發(fā)明的又一目的在于，提出一種上述切換式電源供應(yīng)器的控制方法。為達(dá)上述目的，就其中一個觀點言，本發(fā)明提供了一種切換式電源供應(yīng)器，用 以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其可操作于連續(xù)導(dǎo)通模式(continuous conduction mode， CCM)、不連續(xù)導(dǎo)通模式(discontinuousconductionmode，DCM)、或兩者之間的邊界導(dǎo) 通模式(bcmndaryconduction mode，BCM)，所述切換式電源供應(yīng)器包含功率級，其根據(jù)一脈寬調(diào)變(pulse width modulation，PWM)訊號，切換至少一個功率晶體管以將輸入
電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；模式偵測電路，與該功率級耦接，以偵測該切換式電源供應(yīng)器的 操作模式，并產(chǎn)生一模式訊號；回授電路，根據(jù)該輸出電壓產(chǎn)生一回授訊號；控制訊號 產(chǎn)生電路，根據(jù)該模式訊號產(chǎn)生一控制訊號；以及PWM控制器，根據(jù)該回授訊號產(chǎn)生 該PWM訊號，并根據(jù)該控制訊號而調(diào)整該PWM訊號的導(dǎo)通時間(On-time)、關(guān)閉時間 (Off-time)、或頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可趨近于BCM。上述切換式電 源供應(yīng)器中，當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于DCM時，該控制訊號減少該PWM訊號的導(dǎo) 通時間、減少其關(guān)閉時間、或增加其頻率；當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于CCM時，該控 制訊號增加PWM訊號導(dǎo)通時間、增加其關(guān)閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應(yīng) 器的操作模式可操作于或接近于BCM。就另一 個觀點言，本發(fā)明提供了一種切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，該切換式 電源供應(yīng)器通過至少一個功率晶體管的切換以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其可操作 于連續(xù)導(dǎo)通模式(continuous conduction mode, CCM) > 不連續(xù)導(dǎo)通模式(discontinuous conduction mode, DCM)、或兩者之間的邊界導(dǎo)通模式(boundary conduction mode, BCM),該切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路包含模式偵測電路，與該切換式電源供應(yīng)器的 功率級耦接，以偵測該電源供應(yīng)器的操作模式，并產(chǎn)生一模式訊號；控制訊號產(chǎn)生電 路，根據(jù)該模式訊號產(chǎn)生一控制訊號；以及PWM控制電路，根據(jù)與該輸出電壓相關(guān)的 一回授訊號而產(chǎn)生一PWM訊號以控制該輸入電壓與輸出電壓間的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)該控制訊 號而調(diào)整該PWM訊號的導(dǎo)通時間(On-time)、關(guān)閉時間(Off-time)、或頻率，以使切換 式電源供應(yīng)器的操作模式可趨近于BCM。上述切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路中，當(dāng)該切換 式電源供應(yīng)器操作于DCM時，該控制訊號減少該PWM訊號的導(dǎo)通時間、減少其關(guān)閉時 間、或增加其頻率；當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于CCM時，該控制訊號增加PWM訊號 的導(dǎo)通時間、增加其關(guān)閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可操 作于或接近于BCM。上述切換式電源供應(yīng)器或其驅(qū)動電路中，該功率晶體管連接在一固定電位與一 變換電位節(jié)點之間，且該模式偵測電路可根據(jù)該變換電位節(jié)點的電壓，以判斷該切換式 電源供應(yīng)器是否操作于DCM。在其中一種實施型態(tài)中，該模式偵測電路包含低通濾波器，其接收該變換電 位節(jié)點的電壓，并過濾該節(jié)點電壓而產(chǎn)生一濾波訊號，以及DCM偵測電路，其偵測該濾 波訊號是否具有DCM特征而產(chǎn)生前述模式訊號。該模式偵測電路可更包含一去除干擾電路，與該門電路耦接，以去除干擾。上述切換式電源供應(yīng)器或其驅(qū)動電路中，該PWM控制器可包含一震蕩器 (oscillator),其根據(jù)該控制訊號以決定其震蕩頻率?；蚴窃诹硪环N實施型態(tài)中，該PWM 控制器包含一導(dǎo)通時間(ON-time)定時器或一關(guān)閉時間(OFF-time)定時器，其根據(jù)該控 制訊號決定PWM訊號的導(dǎo)通時間及關(guān)閉時間。上述切換式電源供應(yīng)器或其驅(qū)動電路中，該控制訊號產(chǎn)生電路可包含電容； 充放電電路，根據(jù)該模式訊號而對該電容進(jìn)行充放電；晶體管，其具有受控端、電流流 入端、與電流流出端，該受控端受控于電容的電壓而在該電流流入端產(chǎn)生一電流；以 及電阻，與該電流流出端連接，其中該控制訊號為該電流流入端電流或該電流流出端電壓。在另一種實施型態(tài)中，該控制訊號產(chǎn)生電路包含一上下計數(shù)電路，接收一時脈訊號并根據(jù)該模式訊號上下計數(shù)，以產(chǎn)生一計數(shù)值。該控制訊號產(chǎn)生電路可更包含一數(shù) 字模擬轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換該計數(shù)值為模擬訊號成為所述控制訊號。就再另一個觀點言，本發(fā)明提供了一種切換式電源供應(yīng)器控制方法，該切換式 電源供應(yīng)器根據(jù)至少一個功率晶體管的切換而將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，該切換式電 源供應(yīng)器可操作于連續(xù)導(dǎo)通模式(continuous conduction mode，CCM)、不連續(xù)導(dǎo)通模式 (discontinuousconduction mode, DCM)、或兩者之I、司的邊界導(dǎo)通模式(boundaryconduction mode, BCM)，該操作切換式電源供應(yīng)器控制方法包含偵測該切換式電源供應(yīng)器的操 作模式，并產(chǎn)生一模式訊號；根據(jù)該模式訊號，產(chǎn)生一控制訊號；以及根據(jù)該控制訊號 而調(diào)整該功率晶體管的導(dǎo)通時間(On-time)、關(guān)閉時間(Off-time)或切換頻率，使得切換 式電源供應(yīng)器的操作模式可趨近于BCM。上述切換式電源供應(yīng)器控制方法可更包含在一般狀況下使該切換式電源供應(yīng) 器操作于或接近于BCM，但在以下狀況的任一者或兩者以上時則否(1)當(dāng)該切換式 電源供應(yīng)器的輸出電流達(dá)于一上限值時；(2)當(dāng)該功率晶體管的切換頻率達(dá)于一上限值 時；(3)當(dāng)該功率晶體管的切換頻率達(dá)于一下限值時；或(4)當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器的輸 出電流低于一下限值時。上述切換式電源供應(yīng)器控制方法可更包含提供兩種或兩種以上的控制模式， 其中一種控制模式使該切換式電源供應(yīng)器操作于或接近于BCM ；以及選擇其中一種作為 該切換式電源供應(yīng)器的控制模式。下面通過具體實施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點 及其所達(dá)成的功效。


圖1顯示現(xiàn)有技術(shù)的切換式電源供應(yīng)器電路圖；圖2A-2H標(biāo)出同步或異步的降壓型、升壓型、反壓型、或升降壓型轉(zhuǎn)換電路；圖3顯示現(xiàn)有技術(shù)的切換式電源供應(yīng)器產(chǎn)生兩輸出電壓Voutl與Vout2并有兩回 授控制電路；圖4A-4B顯示同步或異步的升反壓型轉(zhuǎn)換電路；圖5A-5C顯示切換式電源供應(yīng)器的三種操作模式訊號波形圖；圖6顯示本發(fā)明的一個實施例；圖7顯示控制訊號產(chǎn)生電路16的一個實施例；圖8顯示控制訊號產(chǎn)生電路16的另一個實施例；圖9顯示CCM與DCM訊號波形的其中一個例子；圖10A顯示低通濾波器142示意圖；圖10B顯示低通濾波器142的一個實施例電路圖；圖11分別顯示在CCM與DCM中V(SW)訊號經(jīng)過濾波后的訊號波形；圖12顯示模式偵測電路14的一種實施例；圖13顯示DCM偵測電路144的一種實施例；
圖14顯示圖13電路在CCM/BCM及DCM下的訊號波形；圖15顯示圖7實施例電路如何運作；圖16顯示本發(fā)明的另一個實施例；圖17-21顯示本發(fā)明的切換式電源供應(yīng)器不限于只能操作于BCM，而可操作于 混合控制模式，圖中顯示負(fù)載(輸出)電流與切換頻率之間的關(guān)系曲線圖；圖22顯示本發(fā)明的切換式電源供應(yīng)器可操作于雙控制模式。
圖中符號說明11 PWM 控制器12功率級13回授電路14模式偵測電路16控制訊號產(chǎn)生電路18遮蔽電路100驅(qū)動電路110 BCM控制電路112震蕩器114導(dǎo)通時間定時器或關(guān)閉時間定時器142低通濾波器LPF144 DCM偵測電路162充放電電路166上下計數(shù)器168數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC1441 比較器1442 與門1443去除干擾電路C 電容CS1，CS2 電流源DCM_Y模式訊號Det_Out比較器輸出訊號FC控制訊號FC(I)集極電流FC(V)射極電壓Iout輸出電流Il第一定電流12第二定電流I(L)電感電流Iref電流上限值OCP過電流保護(hù)訊號Q晶體管
R 電阻VB基極電壓Vdet參考電壓Vin輸入電壓Vout輸出電壓Voutl第一輸出電壓Vout2第二輸出電壓 V(Gate)柵極電壓V(SW)節(jié)點 SW 電壓V(SW_LPF)濾波后訊號
具體實施例方式本發(fā)明的主要技術(shù)思想是偵測切換式電源供應(yīng)器的操作模式并控制使其操作于 或接近于BCM，以降低開關(guān)切換損失以及電磁干擾；且不需要具有較高額定電流的功率 開關(guān)，以降低導(dǎo)通功率損失。請參閱圖6，顯示本發(fā)明的一個實施例。如圖6所示，本發(fā)明的切換式電源供應(yīng) 器包含驅(qū)動電路100、功率級12和回授電路13。驅(qū)動電路100中包含PWM控制器11， 其控制功率級12中至少一個功率晶體管，以將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換為輸出電壓Vout。回授 電路13產(chǎn)生與輸出電壓Vout相關(guān)的回授訊號并將此回授訊號輸入PWM控制器11，以使 PWM控制器11可控制功率級12，調(diào)節(jié)輸出電壓Vout或輸出電流Iout至欲達(dá)到的目標(biāo)。 根據(jù)本發(fā)明，PWM控制器11所輸出的PWM訊號的脈寬(導(dǎo)通脈寬或關(guān)閉脈寬)與頻率 皆可調(diào)整(可擇一或都加以調(diào)整)，以使切換式電源供應(yīng)器得操作于或接近于BCM，其調(diào) 整控制方式將于下文中說明。本發(fā)明的特點之一是驅(qū)動電路100中還包含BCM控制電路110，BCM控制電路 110中包含模式偵測電路14與控制訊號產(chǎn)生電路16。模式偵測電路14偵測切換式電源 供應(yīng)器操作的模式，并產(chǎn)生模式訊號DCM_Y，模式訊號示目前切換式電源供 應(yīng)器操作于DCM或CCM?？刂朴嵦柈a(chǎn)生電路16接收此模式訊號DCM_Y，并產(chǎn)生控制 訊號FC以控制PWM控制器11中，震蕩器112的頻率。震蕩器112可以是可由電壓控 制調(diào)整頻率的震蕩器，或是可由電流控制調(diào)整頻率的震蕩器；控制訊號FC可對應(yīng)的為電 壓訊號或電流訊號。(電壓控制震蕩器與電流控制震蕩器皆為已知的電路，故不贅予繪 示說明。)參考圖5A-5C，如圖5A所示，當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作于CCM時，表示功 率開關(guān)在電感電流I(L)降至O以前導(dǎo)通，也就是太早導(dǎo)通，或是尚未到達(dá)BCM就導(dǎo)通。 因此，若頻率調(diào)低(周期調(diào)長，工作比保持不變)，或是調(diào)整增加導(dǎo)通或關(guān)閉時間，操作 模式將由CCM轉(zhuǎn)向DCM方向移動。類似地，如圖5C所示，當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作 于DCM時，表示功率開關(guān)太晚導(dǎo)通，也就是超過了 BCM后才導(dǎo)通。因此，若頻率調(diào)高 (周期調(diào)短，工作比保持不變)，或是調(diào)整減少導(dǎo)通或關(guān)閉時間，操作模式將由DCM轉(zhuǎn) 向CCM方向移動。請參閱圖7，顯示控制訊號產(chǎn)生電路16的一個實施例。如圖所示，控制訊號產(chǎn) 生電路16包含充放電電路162、電容C、晶體管Q、電阻R，其中該晶體管可為雙極晶體管(BJT)或金氧半場效晶體管(MOSFET)，本實施例以雙極晶體管為例加以說明。充放 電電路162中包含第一電流源CS1、第二電流源CS2及開關(guān)電路，其中開關(guān)電路根據(jù)模式 訊號DCM_Y選擇由第一電流源CSl以第一定電流Il對電容C充電或由第二電流源CS2 以第二定電流12對電容C放電，并且Il >>12。根據(jù)電容C的充放電，決定晶體管Q 的受控端電壓VB(當(dāng)晶體管Q為BJT時為基極電壓，當(dāng)晶體管Q為MOSFET時為柵極 電壓)。本實施例中，由基極電壓VB控制晶體管Q所產(chǎn)生的集極電流FC⑴、或射極電 壓FC(V)皆可以用來作為控制訊號FC，以控制震蕩器112的震蕩頻率(視震蕩器112為 電壓控制或電流控制而定)，其中射極電壓FC(V)大約為基極電壓VB減去0.7V，其中 射極電流FC⑴為晶體管Q的射極電壓除以電阻R。如晶體管Q為M0SFET，則其源極 電壓或該電壓除以電阻R所得的電流值，皆可用來作為控制訊號FC。圖8顯示控 制訊號產(chǎn)生電路16的另一個實施例。如圖所示，上下計數(shù)器166根 據(jù)模式訊號DCM_Y而向上或向下計數(shù)；數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器DAC 168將上下計數(shù)器166的 計數(shù)值，轉(zhuǎn)換為控制訊號FC以控制震蕩器112。又或是，在另一實施例中，可將此數(shù)字 模擬轉(zhuǎn)換器DAC 168或可達(dá)成數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換的等效電路設(shè)置在震蕩器112中，在此情況 下，上下計數(shù)器166可由其數(shù)字輸出直接控制震蕩器112的頻率(亦即此情況下的控制訊 號FC為數(shù)字訊號)。切換式電源供應(yīng)器的模式偵測可以由許多不同的方式來達(dá)成，關(guān)鍵是將CCM與 DCM訊號波形間的差異區(qū)分出來。舉例而言，CCM與DCM訊號波形的其中一個差異可 參考圖9。功率級12中的功率晶體管連接在一固定電位與一變換電位節(jié)點SW之間(例 如請對照圖2D)，此節(jié)點SW的電壓波形在CCM與DCM下有所不同，可以清楚地分別 區(qū)分出來。利用此差異進(jìn)行模式偵測方式的另一個例子，請參閱圖IOA與11，可使訊號 V(SW)通過一個低通濾波器142，產(chǎn)生訊號V(SW_LPF)，此訊號V(SW_LPF)在CCM 與DCM下具有不同行為，仍展現(xiàn)出可鑒別的特征。其中，低通濾波器142的實施例，例 如可以為但不限于為圖IOB所示的電路。請參閱圖12，模式偵測電路14例如可包括低通濾波器142與DCM偵測電路 144。低通濾波器142接收訊號V(SW)并產(chǎn)生濾波后的訊號V(SW_LPF)。DCM偵測電 路144接收訊號V(SW_LPF)并偵測此訊號中是否包含DCM特征。DCM偵測電路144的 其中一種實施例，可以為如圖13所示的電路。請同時參閱圖14，圖13中的比較器1441 比較訊號V(SW_LPF)與參考電壓Vdet，相較于具有CCM特征的訊號V(SW_LPF)，具 有DCM特征的訊號V(SW_LPF)會造成比較器1441輸出訊號Det_Out比較早拉至高電 位。因此，模式訊號利用此DCM較早響應(yīng)的特征來產(chǎn)生。如圖所示，顯示 其中一種實施例，即為利用柵極電壓V(Gate)(請對照圖2D)的反相訊號作為遮蔽訊號， 與輸出訊號Det_Out輸入與門1442。與門1442的輸出即如圖14所示，可作為模式訊號 DCM_Y。需說明的是，圖13所示使用與門1442和柵極電壓V(Gate)的反相訊號僅是其 中一個例子，有許多其它的方式可以處理此比較器輸出訊號Det_Out，只要能將CCM與 DCM特征的差異確認(rèn)出來即可達(dá)成目的。此外，若有需要，在圖13的實施例中，可以 增設(shè)去除干擾電路(De-glitch circuit) 1443以過濾訊號中的噪聲。此外，經(jīng)由調(diào)整此去除 干擾電路的參數(shù)，或是比較器的延遲時間，或是其它等效的方式，設(shè)計者可調(diào)整模式訊 號DCM_Y的脈波寬度，如此，切換式電源供應(yīng)器可以不需剛好操作于BCM，而可以稍微偏向DCM或是稍微偏向CCM。圖15進(jìn)一步解釋圖7實施例電路如何運作。根據(jù)圖13電路所產(chǎn)生的模式訊號 DCM_Y，如圖15所示，因充電電流Il >>放電電流12之故，控制訊號產(chǎn)生電路16中基 極電壓VB會產(chǎn)生如圖所示的上升斜坡階梯訊號，而集極電流FC⑴或射極電壓FC(V)也 對應(yīng)成為上升斜坡階梯訊號，可供作為控制訊號FC。為便于解釋說明，圖中將此上升斜 坡階梯訊號的級距以較夸大的方式畫出，在實際的應(yīng)用上，宜使用較大的電容C及/或較 小的電流源CS1，CS2，使此上升階梯斜坡訊號的級距非常小。圖16顯示本發(fā)明的另一個實施例，在本實施例中，本發(fā)明被應(yīng)用于固定導(dǎo)通時 間(constant ON-time，COT)架構(gòu)或是固定關(guān)閉時間(constant OFF-time，CFT)架構(gòu)。
在此實施例中，控制訊號產(chǎn)生電路16產(chǎn)生控制訊號TC以控制PWM控制器11中的導(dǎo)通 時間定時器或關(guān)閉時間定時器114，而該定時器114控制功率級12中的功率開關(guān)的導(dǎo)通時 間或關(guān)閉時間。當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作 于CCM時，控制訊號TC增長導(dǎo)通時間或關(guān)閉 時間；當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作于DCM時，控制訊號TC減少導(dǎo)通時間或關(guān)閉時間?？?制訊號TC可以為與前述圖7-15中的控制訊號FC相同的訊號，或可為圖8中上下計數(shù)器 166輸出的數(shù)字訊號，亦即圖7-15實施例中的電路與控制架構(gòu)皆可應(yīng)用于本實施例中， 僅是改為以控制訊號產(chǎn)生電路16的輸出訊號控制時間，而不是如圖6實施例控制頻率。 可受控改變計時長短的定時器為已知的電路，故不贅予繪示說明。圖17顯示負(fù)載(輸出)電流與切換頻率之間的關(guān)系。當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作 于CCM時，表示其位于圖中曲線的上方；當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作于DCM時，表示其 位于圖中曲線的下方；而當(dāng)切換式電源供應(yīng)器操作于BCM時，其表示剛好位于圖中的曲 線上。圖中兩箭號a與b說明了本發(fā)明的機制，此機制用以自動調(diào)整切換頻率，使切換 式電源供應(yīng)器的操作曲線能趨近并停留在BCM或接近BCM的位置。類似地，在固定導(dǎo) 通時間架構(gòu)或固定關(guān)閉時間架構(gòu)，若剛開始是在DCM，則本發(fā)明將減少導(dǎo)通時間或關(guān)閉 時間，以使切換式電源供應(yīng)器的操作曲線能趨近并停留在BCM或接近BCM的位置。雖然本發(fā)明揭示了一種可使切換式電源供應(yīng)器操作于BCM的方法，但并不表 示此切換式電源供應(yīng)器只能操作于BCM，而是可使切換式電源供應(yīng)器操作于混合控制模 式或是多重模式。舉例而言，圖18顯示了一種混合控制模式具有電流限制(例如負(fù) 載過電流保護(hù))的BCM。本圖的操作曲線示出，切換式電源供應(yīng)器在一般狀況下操作 于BCM，但當(dāng)負(fù)載(輸出)電流達(dá)到電流限制時，此切換式電源供應(yīng)器會強制操作于 DCM。此混合控制模式可通過設(shè)置圖中左方的過電流保護(hù)電路來達(dá)成，當(dāng)偵測到輸出電 流Iout超過預(yù)設(shè)上限值Iref時，比較器即輸出過電流保護(hù)訊號OCP，以使輸出電流Iout維 持在預(yù)設(shè)上限值之下。圖19顯示另一種混合控制模式具有頻率上限與頻率下限的BCM。頻率限制的 目的例如是為了避開人耳可聞的音頻，或是為了減少切換損失。本圖的操作曲線示出， 切換式電源供應(yīng)器在一般狀況下操作于BCM，但當(dāng)切換頻率太高達(dá)到頻率上限時，此切 換式電源供應(yīng)器會強制操作于DCM;當(dāng)切換頻率太低達(dá)到頻率下限時，此切換式電源供 應(yīng)器會強制操作于CCM。此混合控制模式可通過設(shè)定震蕩器頻率的上下限來達(dá)成，在震 蕩器中通常包括充/放電電流源與電容，而頻率的上下限可通過限制對電容的充/放電電 流上下限來達(dá)成。
圖20顯示又另一種混合控制模式具有略頻模式(pulse skipping)、叢集模式 (burst mode),或其它降頻模式的BCM。(所謂略頻模式與叢集模式可參閱下方圖標(biāo)。) 本圖的操作曲線示出，切換式電源供應(yīng)器在一般狀況下操作于BCM，但當(dāng)負(fù)載(輸出) 電流小于一特定臨界值時，此切換式電源供應(yīng)器會降低其切換頻率。在本圖中，降低頻 率的曲線為線性，其僅用以舉例說明，降低頻率的曲線亦可以為非線性。略頻模式、叢 集模式、或其它降頻模式例如可通過以一遮蔽電路18選擇性地遮蔽PWM控制器11的輸 出訊號來達(dá)成。圖21舉例顯示可將更多控制模式混合在一起，本實施例的混合控制模式混合了 BCM、電流限制、頻率限制、以及降頻模式。
再者，依據(jù)本發(fā)明的切換式電源供應(yīng)器亦可為雙控制模式或多重控制模式，亦 即切換式電源供應(yīng)器提供兩種或兩種以上的控制架構(gòu)，可選擇操作于兩種或兩種以上的 控制模式。舉例而言如圖22所示，切換式電源供應(yīng)器具有BCM與定頻PWM兩種控制模 式，可由使用者或由微控制電路來選擇，決定切換式電源供應(yīng)器操作于何種控制模式。以上圖18-22所示混合控制模式或多重控制模式，還可根據(jù)這些控制模式再加 以組合變化，亦即可在本發(fā)明的BCM切換式電源供應(yīng)器中添加其它各種功能，或是，可 在目前具備這些功能的切換式電源供應(yīng)器中增加本發(fā)明的BCM控制電路110，皆屬本發(fā) 明的范圍。以上已針對較佳實施例來說明本發(fā)明，只是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人 員易于了解本發(fā)明的內(nèi)容，并非用來限定本發(fā)明的權(quán)利范圍。在本發(fā)明的相同精神 下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化。首先，本發(fā)明所稱“操作于”或“停留 于” BCM，并不表示必須絕對無誤差地恰好操作于或停留于BCM，而應(yīng)視為可容許有微 幅的偏離。其次，以上實施例偵測切換式電源供應(yīng)器是否操作于DCM，進(jìn)而決定應(yīng)如 何調(diào)整頻率、導(dǎo)通時間或關(guān)閉時間，但當(dāng)然亦可改為偵測切換式電源供應(yīng)器是否操作于 CCM。再者，模式偵測電路14與控制訊號產(chǎn)生電路16不限于分開為兩個電路，亦可整 合在同一電路之內(nèi)。又例如，在所示各實施例電路中，可插入不影響訊號主要意義的元 件，如其它開關(guān)等；數(shù)字訊號高低位準(zhǔn)所表示的意義可以互換，例如圖13比較器1441的 輸入端正負(fù)可以互換，而與門1442也可改換為其它邏輯電路，僅需對應(yīng)修正電路的訊號 處理方式即可。凡此種種，皆可根據(jù)本發(fā)明的教示類推而得，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍 應(yīng)涵蓋上述及其它所有等效變化。
權(quán)利要求
1.一種切換式電源供應(yīng)器，用以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其可操作于連續(xù)導(dǎo)通 模式、不連續(xù)導(dǎo)通模式、或兩者之間的邊界導(dǎo)通模式，所述切換式電源供應(yīng)器包含功率級，其根據(jù)一脈寬調(diào)變訊號，切換至少一個功率晶體管以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸 出電壓；模式偵測電路，與該功率級耦接，以偵測該切換式電源供應(yīng)器的操作模式，并產(chǎn)生 一模式訊號；回授電路，根據(jù)該輸出電壓產(chǎn)生一回授訊號；控制訊號產(chǎn)生電路，根據(jù)該模式訊號產(chǎn)生一控制訊號；以及PWM控制器，根據(jù)該回授訊號，產(chǎn)生該脈寬調(diào)變訊號，并根據(jù)該控制訊號而調(diào)整該 脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時間、關(guān)閉時間、或頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可趨 近于邊界導(dǎo)通模式。
2.如權(quán)利要求1所述的切換式電源供應(yīng)器，其中，當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于不連 續(xù)導(dǎo)通模式時，該控制訊號減少該脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時間、減少其關(guān)閉時間、或增加 其頻率；當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于連續(xù)導(dǎo)通模式時，該控制訊號增加脈寬調(diào)變訊號 導(dǎo)通時間、增加其關(guān)閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可操作 于或接近于邊界導(dǎo)通模式。
3.如權(quán)利要求1所述的切換式電源供應(yīng)器，其中，該功率晶體管連接在一固定電位與 一變換電位節(jié)點之間，且該模式偵測電路偵測變換電位節(jié)點的電壓，以判斷該切換式電 源供應(yīng)器是否操作于不連續(xù)導(dǎo)通模式。
4.如權(quán)利要求1所述的切換式電源供應(yīng)器，其中，該模式偵測電路包括低通濾波器， 以過濾該節(jié)點的電壓而產(chǎn)生一濾波訊號，以及不連續(xù)導(dǎo)通模式偵測電路，其偵測該濾波 訊號是否具有不連續(xù)導(dǎo)通模式特征而產(chǎn)生前述模式訊號。
5.如權(quán)利要求1所述的切換式電源供應(yīng)器，其中，該PWM控制器包含一震蕩器，其 震蕩頻率根據(jù)該控制訊號而決定。
6.如權(quán)利要求1所述的切換式電源供應(yīng)器，其中該PWM控制器包含一導(dǎo)通時間定 時器或一關(guān)閉時間定時器，其根據(jù)該控制訊號而決定脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時間或關(guān)閉時 間。
7.一種切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，該切換式電源供應(yīng)器用以將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸 出電壓，其可操作于連續(xù)導(dǎo)通模式、不連續(xù)導(dǎo)通模式、或兩者之間的邊界導(dǎo)通模式，該 切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路包含模式偵測電路，與該切換式電源供應(yīng)器的功率級耦接，以偵測該電源供應(yīng)器的操作 模式，并產(chǎn)生一模式訊號；控制訊號產(chǎn)生電路，根據(jù)該模式訊號產(chǎn)生一控制訊號；以及PWM控制電路，根據(jù)與該輸出電壓相關(guān)的一回授訊號而產(chǎn)生一脈寬調(diào)變訊號以控 制該輸入電壓與輸出電壓間的轉(zhuǎn)換，并根據(jù)該控制訊號而調(diào)整該脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時 間、關(guān)閉時間、或頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可趨近于邊界導(dǎo)通模式。
8.如權(quán)利要求7所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器 操作于不連續(xù)導(dǎo)通模式時，該控制訊號減少該脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時間、減少其關(guān)閉時 間、或增加其頻率；當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于連續(xù)導(dǎo)通模式時，該控制訊號增加脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時間、增加其關(guān)閉時間、或降低其頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操 作模式可操作于或接近于邊界導(dǎo)通模式。
9.如權(quán)利要求7所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該PWM控制器包含一震 蕩器，其震蕩頻率根據(jù)該控制訊號而決定。
10.如權(quán)利要求7所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中該控制電路包含一導(dǎo)通時 間定時器或一關(guān)閉時間定時器，其根據(jù)該控制訊號決定脈寬調(diào)變訊號的導(dǎo)通時間或關(guān)閉 時間。
11.如權(quán)利要求7所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該控制訊號產(chǎn)生電路包含電容；充放電電路，根據(jù)該模式訊號而對該電容進(jìn)行充放電；晶體管，其具有受控端、電流流入端、與電流流出端，該受控端受控于電容的電壓 而在該電流流入端產(chǎn)生一電流；以及 電阻，與該電流流出端連接，其中該控制訊號為該電流流入端電流或該電流流出端電壓。
12.如權(quán)利要求7所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該控制訊號產(chǎn)生電路包 含一上下計數(shù)電路，接收一時脈訊號并根據(jù)該模式訊號上下計數(shù)，以產(chǎn)生一計數(shù)值。
13.如權(quán)利要求12所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該控制訊號產(chǎn)生電路還 包含一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換該計數(shù)值為模擬訊號成為所述控制訊號。
14.如權(quán)利要求7所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該切換式電源供應(yīng)器根 據(jù)至少一個功率晶體管的切換而將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，其中該功率晶體管連接在 一固定電位與一變換電位節(jié)點之間，且該模式偵測電路包含低通濾波器，其接收該變換電位節(jié)點的電壓，并過濾該節(jié)點電壓而產(chǎn)生一濾波訊 號，以及DCM偵測電路，其偵測該濾波訊號是否具有DCM特征而產(chǎn)生前述模式訊號。
15.如權(quán)利要求14所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該DCM偵測電路包含比較器，其比較該濾波訊號與一參考訊號而產(chǎn)生一比較輸出訊號；以及 門電路，對該比較輸出訊號進(jìn)行邏輯運算以得到該模式訊號。
16.如權(quán)利要求15所述的切換式電源供應(yīng)器驅(qū)動電路，其中，該DCM偵測電路還包 含一去除干擾電路，與該門電路耦接，以去除干擾。
17.一種切換式電源供應(yīng)器控制方法，該切換式電源供應(yīng)器根據(jù)至少一個功率晶體管 的切換而將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓，該切換式電源供應(yīng)器可操作于連續(xù)導(dǎo)通模式、不 連續(xù)導(dǎo)通模式、或兩者之間的邊界導(dǎo)通模式，該操作切換式電源供應(yīng)器控制方法包含偵測該切換式電源供應(yīng)器的操作模式，并產(chǎn)生一模式訊號； 根據(jù)該模式訊號，產(chǎn)生一控制訊號；以及根據(jù)該控制訊號而調(diào)整該功率晶體管的導(dǎo)通時間、關(guān)閉時間或切換頻率，使得切換 式電源供應(yīng)器的操作模式可趨近于邊界導(dǎo)通模式。
18.如權(quán)利要求17所述的切換式電源供應(yīng)器控制方法，其中，當(dāng)該切換式電源供應(yīng)CN 102013798 A器操作于不連續(xù)導(dǎo)通模式時，減少該功率晶體管的導(dǎo)通時間、減少其關(guān)閉時間、或增加 其切換頻率；當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器操作于連續(xù)導(dǎo)通模式時，增該功率晶體管的導(dǎo)通時 間、增加其關(guān)閉時間、或降低其切換頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可操作于 或接近于邊界導(dǎo)通模式。
19.如權(quán)利要求17所述的切換式電源供應(yīng)器控制方法，其中，該功率晶體管連接在一 固定電位與一變換電位節(jié)點之間，且該偵測該切換式電源供應(yīng)器的操作模式步驟包含 根據(jù)與該變換電位節(jié)點的電壓，判斷該切換式電源供應(yīng)器是否操作于不連續(xù)導(dǎo)通模式。
20.如權(quán)利要求17所述的切換式電源供應(yīng)器控制方法，其中。還包含在一般狀況 下使該切換式電源供應(yīng)器操作于或接近于邊界導(dǎo)通模式，但在以下狀況的任一者或兩者 以上時則否(1)當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器的輸出電流達(dá)于一上限值時；(2)當(dāng)該功率晶體 管的切換頻率達(dá)于一上限值時；(3)當(dāng)該功率晶體管的切換頻率達(dá)于一下限值時；或(4) 當(dāng)該切換式電源供應(yīng)器的輸出電流低于一下限值時。
21.如權(quán)利要求17所述的切換式電源供應(yīng)器控制方法，其中，還包含提供兩種或兩種以上的控制模式，其中一種控制模式使該切換式電源供應(yīng)器操作于 或接近于邊界導(dǎo)通模式；以及選擇其中一種作為該切換式電源供應(yīng)器的控制模式。
全文摘要
本發(fā)明提出一種可受控操作于邊界導(dǎo)通模式(boundary conductionmode，BCM)的切換式電源供應(yīng)器及其驅(qū)動電路與控制方法。本發(fā)明的切換式電源供應(yīng)器經(jīng)由控制一功率級，將輸入電壓轉(zhuǎn)換為輸出電壓；該切換式電源供應(yīng)器偵測其操作模式處于連續(xù)導(dǎo)通模式(continuousconduction mode，CCM)或不連續(xù)導(dǎo)通模式(discontinuous conductionmode，DCM)，并調(diào)整功率級的導(dǎo)通時間(On-time)、關(guān)閉時間(Off-time)、或頻率，以使切換式電源供應(yīng)器的操作模式可操作于或接近于BCM。
文檔編號H02M3/155GK102013798SQ20101024273
公開日2011年4月13日 申請日期2010年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者劉景萌 申請人:立锜科技股份有限公司