[發明專利]切換式電源供應器及其控制電路與方法

無效

• 申請號: 200610141511.0
• 申請日: 2006-09-28
• 公開（公告）號: CN101154888A
• 公開（公告）日: 2008-04-02
• 發明（設計）人: 龔能輝;朱冠任
• 申請（專利權）人: 立锜科技股份有限公司
• 主分類號: H02M3/156
• 分類號: H02M3/156;H02M3/158
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 謝麗娜;陳肖梅

技術領域

本發明涉及一種切換式電源供應器(switching?regulator)及其控制電路與方法，特別是指一種具有高效率又能夠降低電磁波干擾(EMI，Electro-Magnetic?Interference)的切換式電源供應器，以及其控制電路與方法。

背景技術

常用的切換式電源供應器包括降壓型(Buck)、升壓型(Booster)與反壓型(Inverter)三種。首先就降壓型切換式電源供應器來加以說明，其電路結構大致如圖1所示，降壓型切換式電源供應器1包含有兩個晶體管開關Q1、Q2，通過脈寬調變控制電路10來控制此兩晶體管Q1、Q2的開與關，藉以控制電感L上的電流量與方向，以將電能傳送給輸出端OUT。脈寬調變控制電路10接收從輸出端萃取出來的反饋電壓，與一個參考電壓Vref相比較，以決定如何控制切換兩晶體管Q1、Q2。

現有技術中，早期的切換式電源供應器，其兩晶體管Q1、Q2的開關時間是完全互補的，又稱為同步切換式電源供應器，亦即如圖2所示，當晶體管Q1開啟時，晶體管Q2即關閉；當晶體管Q2開啟時，晶體管Q1即關閉。(本說明書中，「開啟」指完全導通；「關閉」指不考慮漏電流的情況下，為完全不導通。)在此種安排下，其對應之電感電流量I_L與方向如圖中第三個波形所示，當晶體管Q1開啟、晶體管Q2關閉時，因輸入端IN的電壓大于輸出端OUT的電壓，電流往輸出端OUT流動(圖中以+表示往輸出端方向)，且流量不斷增加；而當晶體管Q2開啟、晶體管Q1關閉時，因電感左方節點Lx的電位下降為接近0，輸出端OUT的電壓大于此節點的電壓，電流趨勢于是改變，先是流量減少，接著改往反方向流動(圖中以-表示反方向)。

圖3與圖4分別示出升壓型切換式電源供應器2與反壓型切換式電源供應器3，其操作方式與前述類似，同樣是由脈寬調變控制電路10根據反饋電壓與參考電壓Vref的比較結果，決定如何切換兩晶體管Q1、Q2，來控制輸出端OUT的電壓。其詳細電路操作方式為本技術領域者所熟知，在此不予贅述。

請回閱圖1與圖2，此種同步切換兩晶體管Q1、Q2的安排方式，其缺點在于，當電感電流方向由正轉負時，表示電流由輸出端OUT，通過電感L和晶體管Q2的路徑而接地流失，亦即會損失輸出端OUT能量。

因此，在現有技術之美國專利第6,580,258號案中，提出一種作法，其主要概念如圖5所示，通過適當控制晶體管Q1、Q2，使得當電感電流方向將要由正轉負時，即關閉晶體管Q2，如此即不致有能量從輸出端OUT流失，可減少不必要的耗損。如圖中所示，晶體管Q1、Q2有一段同時關閉的時間T，稱為睡眠模式(sleep?mode)。

然而，此種現有技術的作法有其缺點。當晶體管Q1、Q2同時關閉而進入睡眠模式時，其實際在電感L上的電流與節點Lx處的電壓，并非很理想的波形，而是如圖7所示，當晶體管Q1、Q2同時關閉時，電感L電流I_L在零值附近微幅震蕩，而此時節點Lx處的電壓V_Lx呈受阻之簡諧震蕩(damped?simple?harmonic?motion)波形。此因如圖6所示，在實際狀態中，電感L上有一個串聯的寄生電阻R_pa，而在晶體管Q2上有一個并聯的寄生電容C_pa。因此，假設電感L之電感值、寄生電阻R_pa之電阻值、與寄生電容C_pa的電容值分別為L、R_pa、C_pa，則節點Lx處的電壓V_Lx事實上等于：

V_Lx＝(V_OUT/LC_pa)×{1/[S²+S(R_pa/L)+1/LC_pa]}

其中，V_Lx為節點Lx處的電壓，V_OUT為輸出端OUT的電壓，S為自時間域轉換至頻率域的常用轉換變量。

由上式所表示的電壓V_Lx，是一個高頻震蕩波形，其角頻率ω₀和震蕩質量Q(damping?quality)分別等于

ω₀＝1/(LC_pa)^1/2

Q＝L^1/2/[R_pa(C_pa^1/2)]