降低切换式电源供应器中之切换震荡的方法与电路技术

本发明专利技术提出一种降低切换式电源供应器中之切换震荡的方法与电路，在该切换式电源供应器中包含两个晶体管，且该两晶体管不会同时进入关闭状态。本发明专利技术中可进一步设置锁相回路，以使脉宽调变控制电路之输出频率等于一设定频率。本发明专利技术与同步切换式电源供应器相较，具有节省能耗的优点，并能够大幅缩短震荡期间。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及 一 种切换式电源供应器(switching regulator)的控制方 法与电路，特别是指一种降低切换式电源供应器中之切换震荡的方法与电路。
技术介绍
常用的切换式电源供应器包括降压型(Buck)、升压型(Booster)与反 压型(Irwerter)三种。首先就降压型切换式电源供应器来加以说明，其电 路结构大致如图1所示，降压型切换式电源供应器1包含有两个晶体 管开关Q1、 Q2，透过脉宽调变控制电路10来控制此两晶体管Q1、 Q2 的开与关，藉以控制电感L上的电流量与方向，以将电能传送给输出 端OUT。脉宽调变控制电路IO接收从输出端萃取出来的反馈电压，与 一个参考电压Vref相比较，以决定如何控制切换两晶体管Q1、 Q2。现有技术中，早期的切换式电源供应器，其两晶体管Ql、 Q2的 开关时间是完全互补的，又称为同步切换式电源供应器，亦即如图2 所示，当晶体管Q1开启时，晶体管Q2即关闭；当晶体管Q2开启时， 晶体管Ql即关闭。(本说明书中，"开启"是指完全导通；"关闭"是 指不考虑漏电流的情况下，为完全不导通。)在此种安排下，其对应之电感电流量IL与方向如图中第三个波形所示，当晶体管Q1开启、晶体 管Q2关闭时，因输入端IN的电压大于输出端OUT的电压，电流往输出端OUT流动(图中以+表示往输出端方向)，且流量不断增加；而 当晶体管Q2开启、晶体管Q1关闭时，因电感左方节点Phase的电位下降为接近0，输出端OUT的电压大于此节点的电压，电流趋势于是改变，先是流量减少，接着改往反方向流动(图中以一表示反方向)。图3与图4分别示出升压型切换式电源供应器2与反压型切换式 电源供应器3，其操作方式与前述类似，同样是由脉宽调变控制电路 10根据反馈电压与参考电压Vref的比较结果，决定如何切换两晶体管 Ql、 Q2，来控制输出端OUT的电压。其详细电路操作方式为本技术领 域者所熟知，在此不予赘述。请回阅图1与图2，此种同步切换两晶体管Q1、 Q2的安排方式， 其缺点在于，当电感电流方向由正转负时，表示电流由输出端OUT， 通过电感L和晶体管Q2的路径而接地流失，亦即会损失输出端OUT 能量。因此，在现有技术美国专利第6,580,258号案中，提出一种作法， 其主要概念如图5所示，是通过适当控制晶体管Q1、 Q2，使得当电感 电流方向将要由正转负时，即关闭晶体管Q2，如此即不致有能量从输 出端OUT流失，可减少不必要的耗损。如图中所示，晶体管Q1、 Q2 有一段同时关闭的时间T，称为"睡眠模式"(sleep mode)。该案之电 路概念大致如图6所示，其中侦测代表电感电流的讯号，并在电流比 较器ICP中加以比较，其比较结果与脉宽调变控制电路IO的输出经逻 辑运算后，决定是否开启或关闭晶体管Q2。然而，此种现有技术的作法有其缺点。当晶体管Ql、 Q2同时关 闭而进入睡眠模式时，其实际在电感L上的电流与节点Phase处的电压， 并非很理想的波形，而是如图7所示，当晶体管Q1、 Q2同时关闭时， 电感L电流lL在零值附近微幅震荡，而此时节点Phase处的电压VPH 呈受阻之简谐震荡(damped simple harmonic motion)波形。在该高频 震荡期间，电路未能进入稳定状态，且将产生所不欲之EMI噪声，并 不理想，故宜縮短之。有鉴于此，本专利技术即针对上述现有技术之不足，提出一种能够解 决上述问题的切换式电源供应器，以及其控制电路与方法。
技术实现思路
本专利技术之第一目的在于提供一种切换式电源供应器，其与同步切 换式电源供应器相较，具有节省能耗的优点，但与图5至图7所示的 现有技术作法相比，则能够大幅縮短震荡期间。本专利技术之第二目的在于提供一种用以控制切换式电源供应器之控 制方法。为达上述之目的，在本专利技术的其中一个实施例中，提供了一种切 换式电源供应器，包含第一晶体管、第二晶体管、与电感器，相互 电连接于一共同节点；脉宽调变控制电路，用以产生脉宽调变讯号； 运算放大器，将该共同节点电压，与一参考电压相比较；以及多路电 路，其第一输入为该运算放大器之输出，第二输入为该脉宽调变控制 电路之输出，此多路电路根据该电感器上的电流，决定选择其输入之 一；多路电路的输出控制第二晶体管的栅极。此外，根据本专利技术的另一个实施例，也提供了一种切换式电源供 应器，包含第一晶体管、第二晶体管、与电感器，相互电连接于一 共同节点；脉宽调变控制电路，用以产生脉宽调变讯号；运算放大器， 将流过该电感器的电流，与一参考电流相比较；以及多路电路，其第 一输入为该运算放大器之输出，第二输入为该脉宽调变控制电路之输 出，此多路电路根据流过该电感器的电流，决定选择其输入之一；多 路电路的输出控制第二晶体管的栅极。此外，根据本专利技术的另一个实施例，也提供了一种降低切换式电 源供应器中之切换震荡的方法，包含以下步骤提供一个切换式电源供应器，该切换式电源供应器包括第一晶体管、第二晶体管、与电感 器，相互电连接于一共同节点；在第一晶体管关闭时段之一部分中， 将该共同节点电压，与一参考电压相比较；以及根据比较结果，控制 第二晶体管之栅极，使第二晶体管为低电流流通状态。又，根据本专利技术的另一个实施例，也提供了一种降低切换式电源 供应器中之切换震荡的方法，包含以下步骤提供一个切换式电源供 应器，该切换式电源供应器包括第一晶体管、第二晶体管、与电感器， 相互电连接于一共同节点；在第一晶体管关闭时段之一部分中，将该 电感器上的电流，与一参考电流相比较；以及根据比较结果，控制第 二晶体管之栅极，使第二晶体管为低电流流通状态。上述各实施例中，可进一步提供锁相回路，以使脉宽调变控制电 路之输出频率等于一设定频率。以下将通过具体实施例详加说明，当更容易了解本专利技术之目的、
技术实现思路
、特点及其所达成之功效；其中，相似的元件以相同的符号 来标示。附图说明图1为现有技术之降压型切换式电源供应器的示意电路图。 图2为现有技术之同步切换式电源供应器的示意波形图。 图3为现有技术之升压型切换式电源供应器的示意电路图。 图4为现有技术之反压型切换式电源供应器的示意电路图。 图5为现有技术美国专利第6,580,258号案的理想波形示意图。 图6为现有技术美国专利第6,580,258号案的电路概略示意图。 图7为现有技术美国专利第6,580,258号案的实际波形示意图。 图8为本专利技术之波形示意图。 图9为本专利技术第一实施例之示意电路图。 图IO为图9实施例之波形示意图。图11为本专利技术第二实施例之示意电路图。 图12为图11实施例之波形示意图。 图13为本专利技术第三实施例之示意电路图。 图14为图13实施例之波形示意图。图15举例说明锁相回路的电路结构。图16、图17、图18为本专利技术另外三个实施例之示意电路图。 图中符号说明1 降压型切换式电源供应器2 升压型切换式电源供应器3 反压型切换式电源供应器10 脉宽调变控制电路IO11 降压型切换式电源供应器 30,31,32 多路电路41,42 逻辑电路50 锁相回路51， 52 固定脉宽产生电路53,54 低通滤波器55 减法器CP 比较器ICP 电流比较器Iofs 参考电流Iref 参考电流IN 输入端L 电感(电感值)本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种切换式电源供应器，包含：　第一晶体管、第二晶体管、与电感器，相互电连接于一共同节点；　脉宽调变控制电路，用以产生脉宽调变讯号；　运算放大器，将该共同节点电压与一参考电压相比较；以及　多路电路，其第一输入为该运算放 大器之输出，第二输入为该脉宽调变控制电路之输出，此多路电路根据该电感器上的电流，决定选择其输入之一；多路电路的输出控制第二晶体管的栅极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄建荣，曾国隆，戴良彬，
申请(专利权)人：立锜科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：71[中国|台湾]