電源轉(zhuǎn)換器及其操作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種電源轉(zhuǎn)換器。電源轉(zhuǎn)換器包括比較器及導(dǎo)通時間產(chǎn)生器。比較器比較第一輸入信號及第二輸入信號以提供控制信號。導(dǎo)通時間產(chǎn)生器耦接比較器。導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括多個導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、邏輯單元及計算單元。導(dǎo)通時間產(chǎn)生器根據(jù)控制信號通過該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及邏輯單元產(chǎn)生多個導(dǎo)通時間信號，并由計算單元根據(jù)該些導(dǎo)通時間信號形成脈寬調(diào)變信號。該些導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期至少部分交迭，致使脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期增大。
【專利說明】電源轉(zhuǎn)換器及其操作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明與電源轉(zhuǎn)換器(power converter)有關(guān),特別是關(guān)于一種能自動延伸導(dǎo)通時間(on-time)以增進其暫態(tài)反應(yīng)速度(transient response)的電源轉(zhuǎn)換器及其操作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]近年來，電源供應(yīng)電路已廣泛使用在不同電子產(chǎn)品上，例如可攜式電子產(chǎn)品、電腦產(chǎn)品等。電源供應(yīng)電路可提供電壓或電流轉(zhuǎn)換或是提供具有固定電壓或電流的電力以供電子產(chǎn)品使用。在電源供應(yīng)電路中，電源集成電路(Power integrated circuit, Power IC)為必要的主動元件之一。
[0003]請參照圖1及圖2，圖1圖示傳統(tǒng)具有恒定導(dǎo)通時間(Constant On-Time, COT)的系統(tǒng)架構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖；圖2圖示圖1的電源轉(zhuǎn)換器進行抽載時的輸出波形時序圖。如圖1及圖2所示，在傳統(tǒng)的恒定導(dǎo)通時間的系統(tǒng)架構(gòu)下，電源轉(zhuǎn)換器I的每一個輸出周期皆由固定的導(dǎo)通時間(on-time)加上可變的關(guān)閉時間(off-time)構(gòu)成，由于關(guān)閉時間不會為零，所以會有一最小關(guān)閉時間(minimum off-time) Δ Toff(min)的設(shè)計。當系統(tǒng)負載變大時，導(dǎo)通時間計算器14所輸出的脈寬調(diào)變信號PWM的頻率將會升高以提供更快的暫態(tài)反應(yīng)速度(transient response)。
[0004]然而，由于有最小關(guān)閉時間Λ Toff(fflin)的設(shè)計，使得脈寬調(diào)變信號P麗無法一直維持在高準位，故無法連續(xù)輸出電感電流Iy導(dǎo)致需耗費較長的時間才能提供足夠的能量將輸出電壓Vqut拉回，因而造成下沖(under shoot)現(xiàn)象及輸出電壓穩(wěn)定性等問題。雖然可通過跳過關(guān)閉時間(skip off-time)等技術(shù)來加以改善,但卻也相對應(yīng)地增加電源轉(zhuǎn)換器I的電路復(fù)雜度及制造成本。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]因此，本發(fā)明提出一種電源轉(zhuǎn)換器及其操作方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)所遭遇到的上述問題。
[0006]根據(jù)本發(fā)明的一具體實施例為一種電源轉(zhuǎn)換器。于此實施例中，電源轉(zhuǎn)換器包括比較器及導(dǎo)通時間產(chǎn)生器。比較器比較第一輸入信號及第二輸入信號以提供控制信號。導(dǎo)通時間產(chǎn)生器耦接比較器。導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括多個導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、邏輯單元及計算單元。導(dǎo)通時間產(chǎn)生器根據(jù)控制信號通過該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及邏輯單元產(chǎn)生多個導(dǎo)通時間信號，并由計算單元根據(jù)該些導(dǎo)通時間信號形成脈寬調(diào)變信號。該些導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期至少部分交迭，致使脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期增大。
[0007]于一實施例中，計算單元耦接邏輯單元，用以自邏輯單元接收該些導(dǎo)通時間信號，并將該些導(dǎo)通時間信號相加，以形成脈寬調(diào)變信號。
[0008]于一實施例中，該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元至少包括第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元。第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元耦接比較器，用以根據(jù)控制信號開始進行第一導(dǎo)通時間的第一階段的計算。第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元耦接至第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元與邏輯單元之間。當?shù)谝粚?dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成第一導(dǎo)通時間的第一階段的計算時，第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行第一導(dǎo)通時間的第二階段的計算且第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行第二導(dǎo)通時間的第一階段的計算。
[0009]于一實施例中，邏輯單元包括多個正反器、設(shè)定單元及重新設(shè)定單元。該些正反器分別耦接至計算單元，用以輸出該些導(dǎo)通時間信號至計算單元。設(shè)定單元分別耦接第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及該些正反器，用以選擇性地于該些正反器之間進行切換。重新設(shè)定單元分別耦接第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及該些正反器，用以選擇性地于該些正反器之間進行切換。
[0010]于一實施例中，計算單元耦接該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，用以自該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元接收該些導(dǎo)通時間信號，并將該些導(dǎo)通時間信號相加，以形成脈寬調(diào)變信號。
[0011]于一實施例中，該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元至少包括第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元。第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元耦接于邏輯單元與計算單元之間，用以于第一時間根據(jù)控制信號開始進行第一導(dǎo)通時間的計算。第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元耦接于邏輯單元與計算單元之間，用以于第二時間根據(jù)控制信號開始進行第二導(dǎo)通時間的計算，其中第一時間與第二時間的間隔為延遲時間。
[0012]于一實施例中，邏輯單元包括多個正反器及延遲單元。該些正反器至少包括第一正反器及第二正反器，第一正反器耦接于比較器與第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元之間，第二正反器耦接于比較器與第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元之間，第一正反器及第二正反器分別輸出控制信號至第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元。延遲單元分別耦接至該些正反器與該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元之間，用以根據(jù)控制信號產(chǎn)生延遲時間至第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元或第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例為一種電源轉(zhuǎn)換器操作方法。于此實施例中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法用以操作電源轉(zhuǎn)換器。電源轉(zhuǎn)換器包括比較器及導(dǎo)通時間產(chǎn)生器。電源轉(zhuǎn)換器操作方法包括下列步驟:(a)通過比較器比較第一輸入信號及第二輸入信號，以提供控制信號；(b)通過導(dǎo)通時間產(chǎn)生器根據(jù)控制信號產(chǎn)生多個導(dǎo)通時間信號并根據(jù)該些導(dǎo)通時間信號形成脈寬調(diào)變信號。其中，該些導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期至少部分交迭，致使脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期增大。
[0014]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出的電源轉(zhuǎn)換器及其操作方法具有下列優(yōu)點:
[0015](I)利用多段式的導(dǎo)通時間計算搭配多相迭加運算實現(xiàn)根據(jù)抽載自動延伸導(dǎo)通時間(on-time extens1n)的功能，以提供足夠能量將電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓快速拉回；
[0016](2)能夠提升電源轉(zhuǎn)換器于重載發(fā)生時的暫態(tài)反應(yīng)速度(transientresponse)；
[0017](3)電路架構(gòu)簡單，不需額外增加電路復(fù)雜度及成本；
[0018](4)當多相電路要轉(zhuǎn)換為單相電路時，僅需利用既有電路即可實現(xiàn)自動延伸導(dǎo)通時間的功能。
[0019]關(guān)于本發(fā)明的優(yōu)點與精神可以通過以下的發(fā)明詳述及附圖得到進一步的了解。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1圖示傳統(tǒng)具有恒定導(dǎo)通時間的系統(tǒng)架構(gòu)的電源轉(zhuǎn)換器。
[0021]圖2圖示圖1中的電源轉(zhuǎn)換器進行抽載時的輸出波形時序圖。
[0022]圖3圖示根據(jù)本發(fā)明的一實施例的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。
[0023]圖4圖示圖3中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器的一實施例。
[0024]圖5圖示具有圖4中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器的電源轉(zhuǎn)換器進行抽載時的輸出波形時序圖。
[0025]圖6圖示圖3中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器的另一實施例。
[0026]圖7圖示具有圖6中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器的電源轉(zhuǎn)換器進行抽載時的輸出波形時序圖。
[0027]圖8圖示根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例的電源轉(zhuǎn)換器操作方法的流程圖。
[0028]主要元件符號說明:
[0029]SlO?S14:流程步驟1、3:電源轉(zhuǎn)換器
[0030]10,30:斜波產(chǎn)生器12、32:誤差放大器
[0031]14、34、34’:導(dǎo)通時間產(chǎn)生器 LU:邏輯單元
[0032]TGl:第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2:第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元
[0033]16,36:脈寬調(diào)變驅(qū)動器18、38:輸出級
[0034]OR:計算單元SET:設(shè)定單元
[0035]RESET:重新設(shè)定單元FFl:第一正反器
[0036]FF2:第二正反器ST:控制信號
[0037]Pl:第一相導(dǎo)通時間P2:第二相導(dǎo)通時間
[0038]PWM:脈寬調(diào)變信號L:輸出電感
[0039]C:輸出電容R:回饋電阻
[0040]Vin:輸入電壓Vkef:參考電壓
[0041]COMP:誤差放大信號RAMP:斜波信號
[0042]Vqut:輸出電壓Il:輸出電感電流
[0043]UG:第一開關(guān)控制信號LG:第二開關(guān)控制信號
[0044]Sffl:第一開關(guān)SW2:第二開關(guān)
[0045]Δ Toff(fflin):最小關(guān)閉時間tl?tn:第一時間?第η時間
[0046]Δ Td:延遲時間DELAY:延遲單元

【具體實施方式】
[0047]根據(jù)本發(fā)明的一較佳具體實施例為一種電源轉(zhuǎn)換器。于此實施例中，本發(fā)明提出的電源轉(zhuǎn)換器應(yīng)用于電源集成電路(Power IC)中，但不以此為限。本發(fā)明亦可適用于交流對直流轉(zhuǎn)換器或直流對交流轉(zhuǎn)換器等電源轉(zhuǎn)換電路的架構(gòu)中。在下述諸實施例中，當元件被指為“連接”或“耦接”至另一元件時，其可為直接連接或耦接至另一元件，或可能存在介于其間的元件。術(shù)語“電路”表示為至少一元件或多個元件，或者主動的且/或被動的而耦接在一起的元件以提供合適功能。術(shù)語“信號”表示為至少一電流、電壓、負載、溫度、數(shù)據(jù)或其他信號。斜波信號又可為類斜波信號、三角波信號或鋸齒波信號，其可以為重復(fù)-下降形式的斜波或是重復(fù)-上升形式的斜波，具體視應(yīng)用而決定。
[0048]請參照圖3，圖3圖示此實施例的電源轉(zhuǎn)換器的示意圖。如圖3所示，電源轉(zhuǎn)換器3包含斜波產(chǎn)生器30、誤差放大器32、比較器33、導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34、脈寬調(diào)變驅(qū)動器36、輸出級38、輸出電感L、輸出電容C及回饋電阻R。在其他實施例中，誤差放大器32亦可使用轉(zhuǎn)導(dǎo)放大器取代。輸出級38位于輸入電壓Vin與接地端之間，且輸出級38包括第一開關(guān)Sffl及第二開關(guān)SW2。誤差放大器32的兩輸入端分別耦接參考電壓Vkef及回授電壓VFB，其中回授電壓Vfb與輸出電壓Vott成比例關(guān)系；誤差放大器32的輸出端及斜波產(chǎn)生器30分別耦接至比較器33的兩輸入端；比較器33的輸出端耦接導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34 ;導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34耦接脈寬調(diào)變驅(qū)動器36 ;脈寬調(diào)變驅(qū)動器36的兩輸出端分別耦接輸出級38的第一開關(guān)SWl及第二開關(guān)SW2 ;輸出電感L的一端耦接至輸出級38的第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2之間，另一端則耦接輸出電壓Vot ;輸出電容C的一端耦接至輸出電感L與輸出電壓Vtot之間，另一端則耦接至接地端；回饋電阻R的一端耦接至輸出電感L與輸出電壓Vtot之間，另一端則耦接至誤差放大器32的一輸入端。
[0049]于此實施例中，比較器33的兩輸入端分別接收斜波產(chǎn)生器30所產(chǎn)生的斜波信號RAMP (亦即第一輸入信號)以及誤差放大器32根據(jù)參考電壓Vkef及輸出電壓Vott所產(chǎn)生的誤差放大信號COMP (亦即第二輸入信號)。比較器33比較斜波信號RAMP與誤差放大信號COMP以提供控制信號ST至導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34。接著，導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34會根據(jù)控制信號ST提供具有導(dǎo)通時間的脈寬調(diào)變信號PWM至脈寬調(diào)變驅(qū)動器36。脈寬調(diào)變驅(qū)動器36根據(jù)脈寬調(diào)變信號PWM通過兩輸出端分別輸出第一開關(guān)控制信號UG及第二開關(guān)控制信號LG至輸出級38的第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2，以控制第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2的開啟或關(guān)閉而產(chǎn)生流經(jīng)輸出電感L的輸出電感電流込。
[0050]請參照圖4，圖4圖示圖3中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34的一實施例。需說明的是，此實施例中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34是采用多相(mult1-phase)及多階段計算(mult1-stepcalculat1n)的方式產(chǎn)生多個具有不同相位的導(dǎo)通時間信號并將每個導(dǎo)通時間信號分成多個階段進行計算，以實現(xiàn)導(dǎo)通時間重迭(on-timeoverlapping)的效果。至于分成幾個不同相位的導(dǎo)通時間信號以及將每個導(dǎo)通時間信號分成幾個階段均可視實際需求加以調(diào)整，并不以此實施例為限。
[0051]如圖4所示，導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34包括第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG1、第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2、邏輯單元LU及計算單元0R。需說明的是，導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34所包括的導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元數(shù)目可視實際需求而調(diào)整，亦可以是三個或更多，并不以此例的兩個為限。其中，邏輯單元LU包括設(shè)定單元SET、重新設(shè)定單元RESET、第一正反器FFl及第二正反器FF2。第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl的輸入端耦接比較器33的輸出端，且第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl的輸出端耦接至設(shè)定單元SET ;第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2的輸入端耦接第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl的輸出端；第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2的輸出端耦接重新設(shè)定單元RESET ;設(shè)定單元SET分別耦接第一正反器FFl及第二正反器FF2的第一輸入端；重新設(shè)定單元RESET分別耦接第一正反器FFl及第二正反器FF2的第二輸入端；第一正反器FFl及第二正反器FF2的輸出端均耦接至計算單元OR ;計算單元OR耦接脈寬調(diào)變驅(qū)動器36。
[0052]再請參照圖5，圖5圖示具有圖4中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34的電源轉(zhuǎn)換器3進行抽載時的輸出波形時序圖。需說明的是，于本發(fā)明中，每一相的導(dǎo)通時間的計算均可分為多個階段進行，并且每個階段的時間長短亦可調(diào)整。于此實施例中，每一相的導(dǎo)通時間均會被分為兩個相同時間長度的第一階段及第二階段進行計算。
[0053]如圖4及圖5所示，當誤差放大信號COMP于第一時間tl上升而碰到斜波信號RAMP時，比較器33會輸出控制信號ST至導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34的第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG1，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl即會開始進行第一相導(dǎo)通時間Pl的第一階段的計算，此時設(shè)定單元SET將會切換至第一正反器FFl,并且由于第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單兀TG2尚未被啟動，故第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2還沒開始進行導(dǎo)通時間的計算。
[0054]于第二時間t2，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl完成了第一相導(dǎo)通時間Pl的第一階段的計算，故第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2會持續(xù)進行第一相導(dǎo)通時間Pl的第二階段的計算，此時設(shè)定單元SET將會切換至第二正反器FF2，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl即會開始進行第二相導(dǎo)通時間P2的第一階段的計算。
[0055]于第三時間t3，第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2完成了第一相導(dǎo)通時間Pl的第二階段的計算，亦即完成了第一相導(dǎo)通時間Pl的計算，故重新設(shè)定單元RESET將會重新設(shè)定第一正反器FF1，并且第一相導(dǎo)通時間信號將會開始進入關(guān)閉時間的階段，此時第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl亦完成了第二相導(dǎo)通時間P2的第一階段的計算，故第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2會持續(xù)進行第二相導(dǎo)通時間P2的第二階段的計算。
[0056]于第四時間t4，第一相導(dǎo)通時間信號的關(guān)閉時間階段結(jié)束，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl再度開始進行第一相導(dǎo)通時間Pl的第一階段的計算，此時設(shè)定單元SET將會切換至第一正反器FF1，并且第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2仍持續(xù)進行第二相導(dǎo)通時間P2的第二階段的計算，尚未結(jié)束。
[0057]于第五時間t5，第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2完成了第二相導(dǎo)通時間P2的第二階段的計算，亦即完成了第二相導(dǎo)通時間P2的計算，故重新設(shè)定單元RESET將會重新設(shè)定第二正反器FF2，并且第二相導(dǎo)通時間信號將會開始進入關(guān)閉時間的階段，此時第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl仍持續(xù)進行第一相導(dǎo)通時間Pl的第一階段的計算，尚未結(jié)束。其余依此類推，一直至誤差放大信號COMP下降而碰到斜波信號RAMP為止，于此不另行贅述。
[0058]由上述可知:由于當?shù)谝幌鄬?dǎo)通時間信號Pl處于關(guān)閉時間的階段時，第二相導(dǎo)通時間信號P2處于導(dǎo)通時間的階段，同理，當?shù)诙鄬?dǎo)通時間信號P2處于關(guān)閉時間的階段時，第一相導(dǎo)通時間信號Pl處于導(dǎo)通時間的階段，因此，假設(shè)計算單元OR為一或(OR)閘，當計算單元OR分別自第一正反器FFl及第二正反器FF2的輸出端接收到第一相導(dǎo)通時間信號Pl及第二相導(dǎo)通時間信號P2，并將兩者相加所得到的脈寬調(diào)變信號PWM即如同圖5所示，脈寬調(diào)變信號PWM于第一時間tl至第η時間tn內(nèi)均能一直維持于高準位，故脈寬調(diào)變驅(qū)動器36能通過其兩輸出端分別輸出與脈寬調(diào)變信號PWM相位相同的第一開關(guān)控制信號UG及與脈寬調(diào)變信號PWM相位相反的第二開關(guān)控制信號LG至輸出級38的第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2，以控制第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2的開啟或關(guān)閉而得以連續(xù)輸出電感電流込流經(jīng)輸出電感L。因此，本實施例的電源轉(zhuǎn)換器3僅需耗費較少的時間即能提供足夠的能量將輸出電SVott拉回，故可有效地解決現(xiàn)有技術(shù)所遭遇到的下沖(under shoot)現(xiàn)象及輸出電壓穩(wěn)定性等問題。
[0059]請參照圖6，圖6圖示圖3中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器的另一實施例。需說明的是，此實施例中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34’是采用多相(mult1-phase)及延遲計算(delay calculat1n)的方式產(chǎn)生多個具有不同相位的導(dǎo)通時間信號并于每個導(dǎo)通時間信號間相隔一延遲時間進行計算，以實現(xiàn)導(dǎo)通時間重迭(on-time overlapping)的效果。
[0060]如圖6所示，導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34’包括第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl、第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2、邏輯單元LU及計算單元0R。需說明的是，導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34’所包括的導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元數(shù)目可視實際需求而調(diào)整，亦可以是三個或更多，并不以此例的兩個為限。其中，邏輯單元LU包括延遲單元DELAY、第一正反器FFl及第二正反器FF2。需說明的是，延遲單元DELAY可包括延遲時間產(chǎn)生器以及正反器等邏輯元件(圖未示)，用以產(chǎn)生一延遲時間使得各導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元能夠于不同時間點開始進行導(dǎo)通時間的計算。
[0061]第一正反器FFl及第二正反器FF2的第一輸入端分別耦接比較器33的輸出端，且第一正反器FFl及第二正反器FF2的第二輸入端彼此耦接；第一正反器FFl的輸出端耦接至第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl的輸入端；第二正反器FF2的輸出端耦接至第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2的輸入端；延遲單元DELAY的輸入端耦接第一正反器FFl及第二正反器FF2的第二輸入端，且延遲單元DELAY的兩輸出端分別耦接至第一正反器FFl與第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl之間以及第二正反器FF2與第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2之間；第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl及第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2的輸出端均耦接至計算單元OR ;計算單元OR耦接脈寬調(diào)變驅(qū)動器36。
[0062]圖7圖示具有圖6中的導(dǎo)通時間產(chǎn)生器的電源轉(zhuǎn)換器進行抽載時的輸出波形時序圖。如圖6及圖7所不，當誤差放大信號COMP于第一時間tl上升而碰到斜波信號RAMP時，比較器33會輸出控制信號ST至導(dǎo)通時間產(chǎn)生器34’的第一正反器FFl及第二正反器FF2。當?shù)谝徽雌鱂Fl接收到控制信號ST后，第一正反器FFl即會啟動第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl開始進行第一相導(dǎo)通時間Pl的計算，此時第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2尚未被啟動，故第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2還沒開始進行導(dǎo)通時間的計算。
[0063]從第一時間tl經(jīng)過了一段延遲時間ATd后，于第二時間t2，第二正反器FF2亦啟動第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2開始進行第二相導(dǎo)通時間P2的計算。此時，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl仍持續(xù)進行第一相導(dǎo)通時間Pl的計算，尚未結(jié)束。
[0064]于第三時間t3，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl完成了第一相導(dǎo)通時間Pl的計算，故第一相導(dǎo)通時間信號將會開始進入關(guān)閉時間的階段，此時第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2仍持續(xù)進行第二相導(dǎo)通時間P2的計算，尚未結(jié)束。
[0065]于第四時間t4，第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2完成了第二相導(dǎo)通時間P2的計算，故第二相導(dǎo)通時間信號將會開始進入關(guān)閉時間的階段。假設(shè)延遲時間Λ Td剛好等于關(guān)閉時間，則此時第一相導(dǎo)通時間信號的關(guān)閉時間亦剛好結(jié)束。其余依此類推，一直至誤差放大信號COMP下降而碰到斜波信號RAMP為止，于此不另行贅述。
[0066]由上述可知:由于當?shù)谝幌鄬?dǎo)通時間信號Pl處于關(guān)閉時間的階段時，第二相導(dǎo)通時間信號Ρ2處于導(dǎo)通時間的階段，同理，當?shù)诙鄬?dǎo)通時間信號Ρ2處于關(guān)閉時間的階段時，第一相導(dǎo)通時間信號Pl處于導(dǎo)通時間的階段，因此，假設(shè)計算單元OR為一或(OR)閘，當計算單元OR分別自第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TGl及第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元TG2的輸出端接收到第一相導(dǎo)通時間信號Pl及第二相導(dǎo)通時間信號Ρ2，并將兩者相加所得到的脈寬調(diào)變信號PWM即如同圖7所示，脈寬調(diào)變信號PWM于第一時間tl至第η時間tn內(nèi)均能一直維持于高準位，故脈寬調(diào)變驅(qū)動器36能通過其兩輸出端分別輸出與脈寬調(diào)變信號PWM相位相同的第一開關(guān)控制信號UG及與脈寬調(diào)變信號PWM相位相反的第二開關(guān)控制信號LG至輸出級38的第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2，以控制第一開關(guān)SWl與第二開關(guān)SW2的開啟或關(guān)閉而得以連續(xù)輸出電感電流L流經(jīng)輸出電感L。因此，本實施例的電源轉(zhuǎn)換器3僅需耗費較少的時間即能提供足夠的能量將輸出電壓Vott拉回，故可有效地解決現(xiàn)有技術(shù)所遭遇到的下沖現(xiàn)象及輸出電壓穩(wěn)定性等問題。
[0067]根據(jù)本發(fā)明的另一具體實施例為一種電源轉(zhuǎn)換器操作方法。于此實施例中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法用以操作電源轉(zhuǎn)換器。電源轉(zhuǎn)換器包括比較器及導(dǎo)通時間產(chǎn)生器。請參照圖8，圖8圖示此實施例的電源轉(zhuǎn)換器操作方法的流程圖。
[0068]如圖8所示，于步驟SlO中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法產(chǎn)生斜波信號(第一輸入信號)并根據(jù)參考電壓及電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓產(chǎn)生誤差放大信號(第二輸入信號)。于步驟S12中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法通過比較器比較斜波信號及誤差放大信號，以提供控制信號。于步驟S14中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法通過導(dǎo)通時間產(chǎn)生器根據(jù)控制信號產(chǎn)生多個導(dǎo)通時間信號并根據(jù)該些導(dǎo)通時間信號形成脈寬調(diào)變信號。其中，該些導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期至少部分交迭，致使脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期增大。也就是說，各導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期之間可以是完全交迭或只有一小部分交迭，均能夠達到增大脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期的功效。
[0069]實際上，電源轉(zhuǎn)換器操作方法的步驟S14可采用不同的方式通過導(dǎo)通時間產(chǎn)生器產(chǎn)生導(dǎo)通時間信號。于一實施例中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法可采用多相(mult1-phase)及多階段計算(mult1-step calculat1n)的方式產(chǎn)生多個具有不同相位的導(dǎo)通時間信號并將每個導(dǎo)通時間信號分成多個階段進行計算，以實現(xiàn)導(dǎo)通時間重迭(on-time overlapping)的效果。
[0070]假設(shè)導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、邏輯單元及計算單元。電源轉(zhuǎn)換器操作方法的步驟S14可包括下列步驟:當?shù)谝粚?dǎo)通時間產(chǎn)生單元接收到控制信號時，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行第一導(dǎo)通時間的第一階段的計算；經(jīng)過第一時間間隔后，第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成第一導(dǎo)通時間的第一階段的計算，并由第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元持續(xù)進行第一導(dǎo)通時間的第二階段的計算且第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行第二導(dǎo)通時間的第一階段的計算；再經(jīng)過第二時間間隔后，第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成第一導(dǎo)通時間的第二階段的計算且第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成第二導(dǎo)通時間的第一階段的計算。
[0071]于另一實施例中，電源轉(zhuǎn)換器操作方法可采用多相(mult1-phase)及延遲計算(delay calculat1n)的方式產(chǎn)生多個具有不同相位的導(dǎo)通時間信號并于每個導(dǎo)通時間信號間相隔一延遲時間進行計算，以實現(xiàn)導(dǎo)通時間重迭(on-time overlapping)的效果。
[0072]假設(shè)導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、邏輯單元及計算單元。電源轉(zhuǎn)換器操作方法的步驟S14可包括下列步驟:當邏輯單元接收到控制信號時，邏輯單元啟動第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始計算第一導(dǎo)通時間；經(jīng)過一段延遲時間后，邏輯單元才啟動第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始計算第二導(dǎo)通時間；當?shù)谝粚?dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成第一導(dǎo)通時間的計算時，第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元持續(xù)計算第二導(dǎo)通時間。
[0073]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明所提出的電源轉(zhuǎn)換器及其操作方法具有下列優(yōu)點:
[0074](I)利用多段式的導(dǎo)通時間計算搭配多相迭加運算實現(xiàn)根據(jù)抽載自動延伸導(dǎo)通時間(on-time extens1n)的功能，以提供足夠能量將電源轉(zhuǎn)換器的輸出電壓快速拉回；
[0075](2)能夠提升電源轉(zhuǎn)換器于重載發(fā)生時的暫態(tài)反應(yīng)速度(transient response)；
[0076](3)電路架構(gòu)簡單，不需額外增加電路復(fù)雜度及成本；
[0077](4)當多相電路要轉(zhuǎn)換為單相電路時，僅需利用既有電路即可實現(xiàn)自動延伸導(dǎo)通時間的功能。
[0078]通過以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發(fā)明的特征與精神，而并非以上述所公開的較佳具體實施例來對本發(fā)明的范疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排于本發(fā)明所欲申請的專利范圍的范疇內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種電源轉(zhuǎn)換器,其特征在于包括: 一比較器，用以比較一第一輸入信號及一第二輸入信號，以提供一控制信號；以及一導(dǎo)通時間產(chǎn)生器，耦接上述比較器，上述導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括多個導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、一邏輯單元及一計算單元，上述導(dǎo)通時間產(chǎn)生器根據(jù)上述控制信號通過該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及上述邏輯單元產(chǎn)生多個導(dǎo)通時間信號，并由上述計算單元根據(jù)該些導(dǎo)通時間信號形成一脈寬調(diào)變信號， 其中，該些導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期至少部分交迭，致使上述脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期增大。
2.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，上述計算單元耦接上述邏輯單元，用以自上述邏輯單元接收該些導(dǎo)通時間信號，并將該些導(dǎo)通時間信號相加，以形成上述脈寬調(diào)變信號。
3.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元至少包括: 一第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，耦接上述比較器，用以根據(jù)上述控制信號開始進行一第一導(dǎo)通時間的一第一階段的計算；以及 一第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，耦接至上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元與上述邏輯單元之間；其中，當上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成上述第一導(dǎo)通時間的上述第一階段的計算時，上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行上述第一導(dǎo)通時間的一第二階段的計算且上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行上述第二導(dǎo)通時間的一第一階段的計算。
4.如權(quán)利要求2所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，上述邏輯單元包括: 多個正反器，分別耦接至上述計算單元，用以輸出該些導(dǎo)通時間信號至上述計算單元; 一設(shè)定單元，分別耦接上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及該些正反器，用以選擇性地于該些正反器之間進行切換；以及 一重新設(shè)定單元，分別耦接上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及該些正反器，用以選擇性地于該些正反器之間進行切換。
5.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，上述計算單元耦接該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，用以自該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元接收該些導(dǎo)通時間信號，并將該些導(dǎo)通時間信號相力口，以形成上述脈寬調(diào)變信號。
6.如權(quán)利要求1所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元至少包括: 一第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，耦接于上述邏輯單元與上述計算單元之間，用以于一第一時間根據(jù)上述控制信號開始進行一第一導(dǎo)通時間的計算；以及 一第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，耦接于上述邏輯單元與上述計算單元之間，用以于一第二時間根據(jù)上述控制信號開始進行一第二導(dǎo)通時間的計算，其中上述第一時間與上述第二時間的間隔為一延遲時間。
7.如權(quán)利要求6所述的電源轉(zhuǎn)換器，其特征在于，上述邏輯單元包括: 多個正反器，至少包括一第一正反器及一第二正反器，上述第一正反器耦接于上述比較器與上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元之間，上述第二正反器耦接于上述比較器與上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元之間，上述第一正反器及上述第二正反器分別輸出上述控制信號至上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元；以及 一延遲單元，分別耦接至該些正反器與該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元之間，用以根據(jù)上述控制信號產(chǎn)生上述延遲時間至上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元或上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元。
8.一種電源轉(zhuǎn)換器操作方法，用以操作一電源轉(zhuǎn)換器，上述電源轉(zhuǎn)換器包括一比較器及一導(dǎo)通時間產(chǎn)生器，其特征在于，上述電源轉(zhuǎn)換器操作方法包括下列步驟: (a)通過上述比較器比較一第一輸入信號及一第二輸入信號，以提供一控制信號；以及 (b)通過上述導(dǎo)通時間產(chǎn)生器根據(jù)上述控制信號產(chǎn)生多個導(dǎo)通時間信號并根據(jù)該些導(dǎo)通時間信號形成一脈寬調(diào)變信號， 其中，該些導(dǎo)通時間信號的導(dǎo)通時間的工作周期至少部分交迭，致使上述脈寬調(diào)變信號的導(dǎo)通時間的工作周期增大。
9.如權(quán)利要求8所述的電源轉(zhuǎn)換器操作方法，其特征在于，上述導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括多個導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、一邏輯單元及一計算單元，該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元至少包括一第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及一第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，步驟(b)包括下列步驟: (bl)當上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元接收到上述控制信號時，上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行一第一導(dǎo)通時間的一第一階段的計算；以及 (b2)經(jīng)過一第一時間間隔后，上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成上述第一導(dǎo)通時間的上述第一階段的計算時，上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行上述第一導(dǎo)通時間的一第二階段的計算且上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始進行上述第二導(dǎo)通時間的一第一階段的計算。
10.如權(quán)利要求8所述的電源轉(zhuǎn)換器操作方法，其特征在于，上述導(dǎo)通時間產(chǎn)生器包括多個導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元、一邏輯單元及一計算單元，該些導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元至少包括一第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元及一第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元，步驟(b)包括下列步驟: (bl’ )當上述邏輯單元接收到上述控制信號時，上述邏輯單元啟動上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始計算一第一導(dǎo)通時間； (b2’ )經(jīng)過一段延遲時間后，上述邏輯單元才啟動上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元開始計算一第二導(dǎo)通時間；以及 (b3’ )當上述第一導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元完成上述第一導(dǎo)通時間的計算時，上述第二導(dǎo)通時間產(chǎn)生單元持續(xù)計算上述第二導(dǎo)通時間。
【文檔編號】H02M3/10GK104167917SQ201310401756
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2013年9月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年5月17日
【發(fā)明者】蕭智文, 張志廉 申請人:力智電子股份有限公司