[發(fā)明專利]降低切換式電源供應(yīng)器中之切換震蕩的方法與電路

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710087803.5
• 申請日: 2007-03-19
• 公開（公告）號: CN101272093A
• 公開（公告）日: 2008-09-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃建榮;曾國隆;戴良彬
• 申請（專利權(quán)）人: 立锜科技股份有限公司
• 主分類號: H02M3/155
• 分類號: H02M3/155;H02M3/156;G05F1/56
• 代理公司: 中原信達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司
• 代理人: 謝麗娜;陳肖梅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種切換式電源供應(yīng)器(switching?regulator)的控制方法與電路，特別是指一種降低切換式電源供應(yīng)器中之切換震蕩的方法與電路。

背景技術(shù)

常用的切換式電源供應(yīng)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(yīng)器來加以說明，其電路結(jié)構(gòu)大致如圖1所示，降壓型切換式電源供應(yīng)器1包含有兩個晶體管開關(guān)Q1、Q2，透過脈寬調(diào)變控制電路10來控制此兩晶體管Q1、Q2的開與關(guān)，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(diào)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(xiàn)有技術(shù)中，早期的切換式電源供應(yīng)器，其兩晶體管Q1、Q2的開關(guān)時間是完全互補(bǔ)的，又稱為同步切換式電源供應(yīng)器，亦即如圖2所示，當(dāng)晶體管Q1開啟時，晶體管Q2即關(guān)閉；當(dāng)晶體管Q2開啟時，晶體管Q1即關(guān)閉。(本說明書中，“開啟”是指完全導(dǎo)通；“關(guān)閉”是指不考慮漏電流的情況下，為完全不導(dǎo)通。)在此種安排下，其對應(yīng)之電感電流量I_L與方向如圖中第三個波形所示，當(dāng)晶體管Q1開啟、晶體管Q2關(guān)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(dāng)晶體管Q2開啟、晶體管Q1關(guān)閉時，因電感左方節(jié)點Phase的電位下降為接近0，輸出端OUT的電壓大于此節(jié)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(yīng)器2與反壓型切換式電源供應(yīng)器3，其操作方式與前述類似，同樣是由脈寬調(diào)變控制電路10根據(jù)反饋電壓與參考電壓Vref的比較結(jié)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(xì)電路操作方式為本技術(shù)領(lǐng)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(dāng)電感電流方向由正轉(zhuǎn)負(fù)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(xiàn)有技術(shù)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，是通過適當(dāng)控制晶體管Q1、Q2，使得當(dāng)電感電流方向?qū)⒁烧D(zhuǎn)負(fù)時，即關(guān)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(guān)閉的時間T，稱為”睡眠模式”(sleep?mode)。該案之電路概念大致如圖6所示，其中偵測代表電感電流的訊號，并在電流比較器ICP中加以比較，其比較結(jié)果與脈寬調(diào)變控制電路10的輸出經(jīng)邏輯運算后，決定是否開啟或關(guān)閉晶體管Q2。

然而，此種現(xiàn)有技術(shù)的作法有其缺點。當(dāng)晶體管Q1、Q2同時關(guān)閉而進(jìn)入睡眠模式時，其實際在電感L上的電流與節(jié)點Phase處的電壓，并非很理想的波形，而是如圖7所示，當(dāng)晶體管Q1、Q2同時關(guān)閉時，電感L電流I_L在零值附近微幅震蕩，而此時節(jié)點Phase處的電壓V_PH呈受阻之簡諧震蕩(damped?simple?harmonic?motion)波形。在該高頻震蕩期間，電路未能進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)，且將產(chǎn)生所不欲之EMI噪聲，并不理想，故宜縮短之。

有鑒于此，本發(fā)明即針對上述現(xiàn)有技術(shù)之不足，提出一種能夠解決上述問題的切換式電源供應(yīng)器，以及其控制電路與方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明之第一目的在于提供一種切換式電源供應(yīng)器，其與同步切換式電源供應(yīng)器相較，具有節(jié)省能耗的優(yōu)點，但與圖5至圖7所示的現(xiàn)有技術(shù)作法相比，則能夠大幅縮短震蕩期間。

本發(fā)明之第二目的在于提供一種用以控制切換式電源供應(yīng)器之控制方法。

為達(dá)上述之目的，在本發(fā)明的其中一個實施例中，提供了一種切換式電源供應(yīng)器，包含：第一晶體管、第二晶體管、與電感器，相互電連接于一共同節(jié)點；脈寬調(diào)變控制電路，用以產(chǎn)生脈寬調(diào)變訊號；運算放大器，將該共同節(jié)點電壓，與一參考電壓相比較；以及多路電路，其第一輸入為該運算放大器之輸出，第二輸入為該脈寬調(diào)變控制電路之輸出，此多路電路根據(jù)該電感器上的電流，決定選擇其輸入之一；多路電路的輸出控制第二晶體管的柵極。