TW201630323A - 開關轉換器及其控制器和控制方法 - Google Patents

Abstract

公開了包括主電晶體的開關轉換器及其控制器和控制方法。該控制器包括時鐘產生電路和控制電路。時鐘產生電路產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號。控制電路耦接至時鐘產生電路，根據時鐘信號和代表開關轉換器輸出信號的回饋信號產生控制信號以控制主電晶體。時鐘產生電路還耦接至控制電路以接收控制信號，並根據控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值。若主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則時鐘產生電路改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。

Description

開關轉換器及其控制器和控制方法

本發明涉及電子電路，尤其涉及開關轉換器及其控制器和控制方法。

定頻峰值電流控制是一種常用的開關轉換器控制方式。在定頻峰值電流控制下，代表開關轉換器輸出信號的回饋信號與參考電壓被送入誤差放大器以產生補償信號。主電晶體在時鐘信號來臨時被導通，在代表流過其電流的電流取樣信號增大至補償信號時被關斷。由於控制電路的內部延遲，會存在一個最小導通時間，主電晶體在其導通時間達到最小導通時間之後方可被關斷。

當開關轉換器的輸入電壓增大，主電晶體的導通時間會減小。由於最小導通時間的存在，主電晶體的導通時間在減小至最小導通時間後將無法進一步減小。此時輸出電壓會上升，在輸出電壓上會出現較大紋波。

本發明要解決的技術問題是提供開關轉換器及其控制器和控制方法，以消除主電晶體的導通時間達到最小導通時間後輸出電壓上可能出現的紋波。

根據本發明實施例的一種開關轉換器，包括：開關電路，包括主電晶體，將輸入電壓轉換為輸出電壓；回饋電路，耦接至開關電路，取樣開關電路的輸出電壓，產生代表輸出電壓的回饋信號；電流取樣電路，取樣流過主電晶體的電流，產生代表流過主電晶體電流的電流取樣信號；時鐘產生電路，產生時鐘信號；誤差放大電路，耦接至回饋電路，根據第一參考電壓與回饋信號之差產生補償信號；比較電路，耦接至電流取樣電路和誤差放大電路，將電流取樣信號與補償信號進行比較，產生重置信號；以及控制電路，耦接至時鐘產生電路和比較電路，根據時鐘信號和重置信號產生控制信號以控制主電晶體；其中時鐘產生電路還耦接至控制電路以接收控制信號，並根據控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值，若主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則時鐘產生電路改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。

根據本發明實施例的一種用於開關轉換器的控制器，該開關轉換器包括主電晶體，該控制器包括：時鐘產生電路，產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號；控制電路，耦接至時鐘產生電路，根據時鐘信號和代表開關轉換器輸出信號的回饋信號產生控制信號以控制主電晶體；其中若 主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則時鐘產生電路改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。

根據本發明實施例的一種用於開關轉換器的控制方法，該開關轉換器包括主電晶體，該控制方法包括：產生代表開關轉換器輸出信號的回饋信號；產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號；根據時鐘信號和回饋信號產生控制信號以控制主電晶體；根據控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值；以及若主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。

本發明的實施例設置一大於最小導通時間的時間臨限值，並在主電晶體的導通時間小於該時間臨限值時，改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於該時間臨限值。這樣，有效地防止了主電晶體的導通時間減小至最小導通時間，也從根本上消除了輸出電壓上可能因最小導通時間而產生的紋波。

100‧‧‧開關轉換器

101‧‧‧開關電路

102‧‧‧時鐘產生電路

103‧‧‧控制電路

104‧‧‧回饋電路

105‧‧‧比較電路

106‧‧‧誤差放大電路

107‧‧‧電流取樣電路

102A‧‧‧時鐘產生電路

221A‧‧‧第一電流控制電路

222A‧‧‧可控電流源

223A‧‧‧電流鏡

224A‧‧‧頻率設置電路

C1-C3‧‧‧電容器

T1-T19‧‧‧電晶體

COM1‧‧‧比較器

225A‧‧‧單觸發電路

R1-R4‧‧‧電阻器

AMP1‧‧‧誤差放大器

3211‧‧‧單觸發電路

FF1-FF2‧‧‧正反器

3212‧‧‧邏輯電路

IS1-IS5‧‧‧電流源

3213‧‧‧電流鏡

3214‧‧‧多次檢測電路

102C‧‧‧時鐘產生電路

221C‧‧‧第一電流控制電路

102D‧‧‧時鐘產生電路

525‧‧‧第二電流控制電路

526‧‧‧可控電流源

627‧‧‧電路

6271‧‧‧可控電流源

100A‧‧‧開關轉換器

101A‧‧‧開關電路

Cin‧‧‧輸入電容器

S1,S2‧‧‧電晶體

L‧‧‧電感器

Cout‧‧‧輸出電容器

104A‧‧‧回饋電路

106A‧‧‧誤差放大器

105A‧‧‧比較電路

103A‧‧‧控制電路

708‧‧‧驅動電路

圖1為根據本發明實施例的開關轉換器100的方塊圖；圖2A為根據本發明實施例的時鐘產生電路102A的電路原理圖；圖2B為圖2A所示時鐘產生電路102A的工作波形 圖；圖3為根據本發明實施例的時鐘產生電路102B的電路原理圖；圖4為根據本發明實施例的時鐘產生電路102C的電路原理圖；圖5為根據本發明實施例的時鐘產生電路102D的電路原理圖；圖6為根據本發明實施例的時鐘產生電路102E的電路原理圖；圖7為根據本發明實施例的開關轉換器100A的電路原理圖；圖8為根據本發明實施例的用於開關轉換器的控制方法的工作流程圖。

下面將詳細描述本發明的具體實施例，應當注意，這裡描述的實施例只用於舉例說明，並不用於限制本發明。在以下描述中，為了提供對本發明的透徹理解，闡述了大量特定細節。然而，對於本領域普通技術人員顯而易見的是：不必採用這些特定細節來實行本發明。在其他實例中，為了避免混淆本發明，未具體描述公知的電路、材料或方法。

在整個說明書中，對“一個實施例”、“實施例”、“一個示例”或“示例”的提及意味著：結合該實施例或示例描 述的特定特徵、結構或特性被包含在本發明至少一個實施例中。因此，在整個說明書的各個地方出現的短語“在一個實施例中”、“在實施例中”、“一個示例”或“示例”不一定都指同一實施例或示例。此外，可以以任何適當的組合和、或子組合將特定的特徵、結構或特性組合在一個或多個實施例或示例中。此外，本領域普通技術人員應當理解，在此提供的附圖都是為了說明的目的，並且附圖不一定是按比例繪製的。應當理解，當稱“元件”“連接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接連接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接連接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這裡使用的術語“和/或”包括一個或多個相關列出的專案的任何和所有組合。

針對背景技術中指出的問題，本發明設置了一大於最小導通時間(例如50nS)的時間臨限值(例如80nS)，並在主電晶體的導通時間小於該時間臨限值時，改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於該時間臨限值。這樣有效地防止了主電晶體的導通時間減小至最小導通時間，也從根本上消除了輸出電壓上可能因最小導通時間而產生的紋波。

圖1為根據本發明實施例的開關轉換器100的方塊圖。開關轉換器100包括開關電路101、時鐘產生電路102、控制電路103、回饋電路104、比較電路105、誤差放大電路106以及電流取樣電路107。開關電路101包括 主電晶體，接收輸入電壓Vin，並將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。開關電路101可以採用任何合適的拓撲結構，例如降壓電路、升壓電路、升降壓電路、反激電路等。回饋電路104耦接至開關電路，取樣開關電路的輸出信號並產生代表輸出信號的回饋信號FB。開關電路的輸出信號可以是如圖1所示的輸出電壓Vout，也可以是輸出電流或輸出功率。

誤差放大電路106耦接至回饋電路104，根據參考電壓VREF1與回饋信號FB之差產生補償信號COMP。電流取樣電路107取樣流過主電晶體的電流，產生代表流過主電晶體電流的電流取樣信號ISENSE。比較電路105耦接至電流取樣電路107和誤差放大電路106，將電流取樣信號ISENSE與補償信號COMP進行比較，產生重置信號RST。時鐘產生電路102產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號CLK。控制電路103耦接至時鐘產生電路102和比較電路105，根據時鐘信號CLK和重置信號RST產生控制信號CTRL以控制開關電路101中的主電晶體。

如圖1所示，時鐘產生電路102還耦接至控制電路103以接收控制信號CTRL，並根據控制信號CTRL判斷主電晶體的導通時間Ton是否小於時間臨限值Tth。若導通時間Ton小於時間臨限值Tth，則時鐘產生電路102改變時鐘信號CLK的頻率以將導通時間Ton調節至等於時間臨限值Tth。在同等負載條件下，時鐘頻率增大將導致導通時間Ton減小，反之亦然。時間臨限值Tth一般被設 置為大於主電晶體的最小導通時間。當輸入電壓Vin增大導致導通時間Ton減小至小於時間臨限值Tth後，導通時間Ton將被調節至等於時間臨限值Tth。此時開關轉換器通過改變開關頻率來調節提供至負載的能量，輸出電壓Vout上可能因最小導通時間而產生的紋波被消除。

在一些實施例中，為了防止誤判，時鐘產生電路102在檢測到主電晶體的導通時間Ton在連續多個開關週期內均小於時間臨限值Tth後，方開始改變時鐘信號CLK的頻率。

圖2A為根據本發明實施例的時鐘產生電路102A的電路原理圖。時鐘產生電路102A包括第一電流控制電路221A、可控電流源222A、電流鏡223A、頻率設置電路224A、電容器C1、電晶體T4、比較器COM1以及單觸發電路225A。第一電流控制電路221A具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至控制電路以接收控制信號CTRL。第一電流控制電路221A基於控制信號CTRL判斷主電晶體的導通時間Ton是否小於時間臨限值Tth，並根據判斷結果在輸出端產生第一電流控制信號CCS1。可控電流源222A具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc，控制端耦接至第一電流控制電路221A的輸出端以接收第一電流控制信號CCS1，第二端提供電流I1。頻率設置電路224A提供設置電流Iset。在圖2A所示的實施例中，頻率設置電路224A包括電晶體T3、電阻器R1以及誤差放大器AMP1。但本領域技術人員可以理解， 頻率設置電路224A也可以具有其他合適的結構，例如由外部時鐘信號控制的電流源。

電流鏡223A包括圖2A所示的電晶體T1和T2，具有供電端、第一端和第二端，其中供電端耦接至供電電壓Vcc，第一端耦接至頻率設置電路224A以及可控電流源222A的第二端。電流鏡223A在第二端輸出的電流Ichg可以表示為：I _chg =I _set -I ₁ (1.1)

電容器C1具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電流鏡223A的第二端，第二端耦接至參考地。電晶體T4具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電容器C1的第一端，第二端耦接至參考地。比較器COM1具有同相輸入端、反相輸入端和輸出端，其中同相輸入端耦接至電容器C1的第一端，第二輸入端接收臨限值電壓Vth。比較器COM1將電容器C1兩端的電壓Vc1與臨限值電壓Vth進行比較，在輸出端提供比較信號CMPO。單觸發電路225A具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較器COM1的輸出端，輸出端耦接至電晶體T4的控制端並提供時鐘信號CLK。

圖2B為圖2A所示時鐘產生電路102A的工作波形圖。如圖2B所示，當時鐘信號CLK為低位準，電晶體T4關斷，電流Ichg對電容器C1進行充電，電容器C1兩端的電壓Vc1逐漸增大。當電壓Vc1增大至到達臨限值電壓Vth時，比較信號CMPO由低位準變為高位準，單觸 發電路225A被觸發。時鐘信號CLK上出現一個脈衝，使電晶體T4導通一段時間，以對電容器C1進行放電。以上步驟重複進行，以產生週期性的時鐘信號CLK。

時鐘信號CLK的頻率fclk可以表示為：

其中tchg為電容器C1的充電時間，tpulse為時鐘信號CLK的脈衝寬度。

將公式(1.1)代入公式(1.2)，可以得到：

由此公式(1.3)可知，時鐘頻率fclk受可控電流源222A提供的電流I1影響。當電流I1增大，時鐘頻率fclk減小，反之亦然。

當主電晶體的導通時間Ton小於時間臨限值Tth時，電流I1在第一電流控制信號CCS1的作用下變化，從而將導通時間Ton調節至等於時間臨限值Tth。當主電晶體的導通時間Ton大於時間臨限值Tth時，電流I1等於零，時鐘頻率fclk為由設置電流Iset決定的恒定值。

圖3為根據本發明實施例的時鐘產生電路102B的電路原理圖。在圖3所示的實施例中，第一電流控制電路221B包括單觸發電路3211、正反器FF1、邏輯電路3212、電流源IS1、IS2、電晶體T5、T6以及電容器C2。單觸發電路3211具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接 至控制電路以接收控制信號CTRL。正反器FF1具有時鐘輸入端、資料登錄端和輸出端，其中時鐘輸入端耦接至單觸發電路3211的輸出端，資料登錄端耦接至控制電路以接收控制信號CTRL，輸出端提供導通時間判斷信號DEC。邏輯電路3212具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其中輸入端耦接至正反器FF1的輸出端以接收導通時間判斷信號DEC。邏輯電路3212基於第一電流控制信號CCS1，分別在第一輸出端和第二輸出端產生邏輯信號LOG1和LOG2。電流源IS1具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc。電晶體T5具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流源IS1的第二端，控制端耦接至邏輯電路3212的第一輸出端以接收邏輯信號LOG1。電晶體T6具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體T5的第二端，控制端耦接至邏輯電路3212的第二輸出端以接收邏輯信號LOG2。電流源IS2具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電晶體T6的第二端，第二端耦接至參考地。電容器C2具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電晶體T5的第二端和電晶體T6的第一端並提供第一電流控制信號CCS1，第二端耦接至參考地。

可控電流源222B包括電流鏡3213、電晶體T7、電阻器R2以及電流源IS3。電晶體T7具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至第一電流控制電路221B以接收第一電流控制信號CCS1。電阻器R2具有第一端和第 二端，其中第一端耦接至電晶體T7的第二端。電流源IS3具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電阻器R2的第二端，第二端耦接至參考地。電流鏡3213包括電晶體T8和T9，具有供電端、第一端和第二端，其中供電端耦接至供電電壓Vcc，第一端耦接至電晶體T7的第一端，第二端提供電流I1。

當控制信號CTRL由低位準變為高位準時，單觸發電路3211被觸發以產生一脈衝寬度等於時間臨限值Tth的脈衝信號。在該脈衝信號的下降沿，正反器FF1被觸發以將資料登錄端的信號提供至輸出端。當主電晶體的導通時間Ton小於時間臨限值Tth時，正反器FF1輸出的導通時間判斷信號DEC為低位準。在邏輯電路3212的作用下，電晶體T6被關斷，電晶體T5被導通一段時間以使電流源IS1對電容器C2進行充電，第一電流控制信號CCS1(等於電容器C2兩端的電壓)增大。當第一電流控制信號CCS1大於電晶體T7的門檻電壓，電流鏡3123輸出的電流I1大於零，並隨第一電流控制信號CCS1增大而增大。電流I1的最大值由電流源IS3決定。

當主電晶體的導通時間Ton大於時間臨限值Tth時，正反器FF1輸出的導通時間判斷信號DEC為高位準。在邏輯電路3212的作用下，電晶體T5被關斷，電晶體T6被導通一段時間以使電流源IS2對電容器C2進行放電。第一電流控制信號CCS1減小，電流鏡3123輸出的電流I1也減小。當第一電流控制信號CCS1減小至小於電晶體 T7的門檻電壓，電流I1等於零，時鐘頻率fclk將恢復至前面提及的恒定值。

在一個實施例中，可控電流源222B進一步包括由電流源IS4、電晶體T10~T12和多次檢測電路3214組成的快速啟動電路。電流源IS4具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc。電晶體T10具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc，第二端耦接至電容器C2的第一端，控制端耦接至電流源IS4的第二端。電晶體T11具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體T10的控制端，第二端耦接至參考地，控制端耦接至電容器C2的第一端。多次檢測電路3214耦接至正反器FF1的輸出端以接收導通時間判斷信號DEC，其基於導通時間判斷信號DEC判斷主電晶體的導通時間Ton是否在連續多個開關週期內均小於時間臨限值Tth，並產生多次檢測信號MTD。電晶體T12具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體T10的控制端，第二端耦接至參考地，控制端耦接至多次檢測電路3214以接收多次檢測信號MTD。

正常情況下，電晶體T12導通，電晶體T10關斷，快速啟動電路不工作。當多次檢測電路3214檢測到主電晶體的導通時間Ton在連續幾個週期之內均小於時間臨限值Tth，電晶體T12關斷，快速啟動電路開始工作。供電電壓Vcc通過電晶體T10對電容器C2進行快速充電，直至流過電晶體T11的電流等於電流源IS4提供的電流。

圖4為根據本發明實施例的時鐘產生電路102C的電路原理圖，其中第一電流控制電路221C包括電晶體T13~T15、電流鏡IS5以及電容器C3。電晶體T13具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc，控制端耦接至電晶體T1和T2的控制端。電晶體T14具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體T13的第二端。電晶體T15具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電晶體T14的第二端，控制端耦接至控制電路以接收控制信號CTRL。電流源IS5具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電晶體T15的第二端，第二端耦接至參考地。電容器C3具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電晶體T14的第二端和電晶體T15的第一端並提供第一電流控制信號CCS1，第二端耦接至參考地。

電晶體T14在電流連續模式下常通。電晶體T14在主電晶體導通時導通，在主電晶體關斷時關斷。時間臨限值Tth可以表示為：

當主電晶體的導通時間Ton大於如公式(1.4)所示的時間臨限值Tth時，第一電流控制信號CCS1(等於電容器C3兩端的電壓)小於電晶體T7的門檻電壓。電晶體T7關斷，電流I1等於零。當主電晶體的導通時間Ton小於時間臨限值Tth時，第一電流控制信號CCS1增大至 大於電晶體T7的門檻電壓。電晶體T7導通，電流I1大於零。

圖5為根據本發明實施例的時鐘產生電路102D的電路原理圖。與圖2所示的時鐘產生電路102A相比，圖5所示的實施例進一步包括第二電流控制電路525和可控電流源526。第二電流控制電路525檢測開關轉換器是否處於輕載狀態，並基於檢測結果產生第二電流控制信號CCS2。可控電流源526具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc，第二端耦接至電流鏡223A的第一端以提供電流I2，控制端耦接至第二電流控制電路525以接收第二電流控制信號CCS2。此時，電流鏡223A輸出的電流Ichg可以表示為：I _chg =I _set -I ₁-I ₂ (1.5)

當第二電流控制電路525檢測到開關轉換器並非處於輕載狀態，可控電流源526輸出的電流I2為零。當第二電流控制電路525檢測到開關轉換器處於輕載狀態，即開關轉換器的輸出電流或輸出功率小於預設值時，可控電流源526輸出的電流I2大於零。電流Ichg減小，因而時鐘頻率fclk也減小，這無疑降低了開關轉換器的開關損耗並提高了開關轉換器的輕載效率。

第二電流控制電路525和可控電流源526的功能可以通過如圖6所示的電路627來實現。電路627包括可控電流源6271、電晶體T16~T19以及電流源IS6。可控電流源6271具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至 供電電壓Vcc，控制端耦接至誤差放大電路以接收補償信號COMP。可控電流源6271提供受補償信號COMP控制的電流Icomp。電晶體T16具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc，第二端耦接至參考地。電晶體T17具有第一端、第二端和控制端，其中第一端和控制端耦接至可控電流源6271的第二端。電晶體T18具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至電流鏡223A的第一端，第二端耦接至頻率設置電路224A，控制端耦接至電晶體T17的控制端。電晶體T19具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓Vcc，第二端耦接至頻率設置電路224A，控制端耦接至電晶體T16的控制端。電流源IS6具有第一端和第二端，其中第一端耦接至電晶體T16和T17的第二端，第二端耦接至參考地。

根據以上連接方式，可以得到：I ₁₆+I ₁₇=I _s6 (1.6)

I ₁₈+I ₁₉=I _set (1.7)

I ₁₆×I ₁₈=I ₁₇×I ₁₉ (1.8)

I ₁₇=I _comp (1.9)

I _chg =I ₁₈-I ₁ (1.10)

其中I16~I19分別為流過電晶體T16~T19的電流。

當開關轉換器未處於輕載狀態，可控電流源6271輸出的電流Icomp大於電流源Is6提供的電流，流過電晶體T16的電流I16和流過電晶體T19的電流I19均為零。此 時電流鏡223A輸出的電流Ichg如公式(1.1)所示，不受電路627的影響。

當開關轉換器處於輕載狀態，可控電流源6271輸出的電流Icomp小於電流源Is6提供的電流，電流鏡223A輸出的電流Ichg受可控電流源6271輸出的電流Icomp影響，可以表示為：

根據公式(1.11)可以看出，負載越輕，補償信號COMP越小，電流Ichg和時鐘頻率fclk也越小。

圖7為根據本發明實施例的開關轉換器100A的電路原理圖。開關轉換器100A中的開關電路101A為同步降壓電路，包括輸入電容器Cin、電晶體S1、S2、電感器L以及輸出電容器Cout，其連接如圖7所示。回饋電路104A包括電阻器R3和R4組成的電阻分壓器。誤差放大電路106A包括誤差放大器AMP2。比較電路105A包括比較器COM2，將電流取樣信號ISENSE與斜坡信號RAMP之和同補償信號COMP進行比較，產生重置信號RST。控制電路103A包括正反器FF2，具有設置端、重置端和輸出端，其中設置端耦接至時鐘產生電路102以接收時鐘信號CLK，重置端耦接至比較電路105A以接收重置信號RST，輸出端通過驅動電路708控制電晶體S1和S2。

雖然圖1和圖7所示的實施例均採用峰值電流控制，但本領域技術人員可以理解，誤差放大電路、電流取樣電 路和比較電路並非必需，本發明也同樣適用於其他合適的控制方式，例如單環PWM控制。為了描述簡便，前述實施例中電流鏡的輸出電流均等於輸入電流，但本領域技術人員可以理解，這並不用於限制本發明，電流鏡的輸出電流也可以與輸入電流呈其他比例關係。

圖8為根據本發明實施例的用於開關轉換器的控制方法的工作流程圖，包括步驟S801~S805。

在步驟S801，產生代表開關轉換器輸出信號的回饋信號。

在步驟S802，產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號。

在步驟S803，根據時鐘信號和回饋信號產生控制信號以控制主電晶體。

在步驟S804，根據控制信號檢測主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值。若導通時間小於時間臨限值，則至步驟S805，否則繼續檢測。

在步驟S805，改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。

雖然已參照幾個典型實施例描述了本發明，但應當理解，所用的術語是說明和示例性、而非限制性的術語。由於本發明能夠以多種形式具體實施而不脫離發明的精神或實質，所以應當理解，上述實施例不限於任何前述的細節，而應在隨附申請專利範圍所限定的精神和範圍內廣泛地解釋，因此落入申請專利範圍或其等效範圍內的全部變 化和改型都應為隨附申請專利範圍所涵蓋。

100‧‧‧開關轉換器

101‧‧‧開關電路

102‧‧‧時鐘產生電路

103‧‧‧控制電路

104‧‧‧回饋電路

105‧‧‧比較電路

106‧‧‧誤差放大電路

107‧‧‧電流取樣電路

Claims (20)

1. 一種開關轉換器，包括：開關電路，包括主電晶體，將輸入電壓轉換為輸出電壓；回饋電路，耦接至開關電路，取樣開關電路的輸出電壓，產生代表輸出電壓的回饋信號；電流取樣電路，取樣流過主電晶體的電流，產生代表流過主電晶體電流的電流取樣信號；時鐘產生電路，產生時鐘信號；誤差放大電路，耦接至回饋電路，根據第一參考電壓與回饋信號之差產生補償信號；比較電路，耦接至電流取樣電路和誤差放大電路，將電流取樣信號與補償信號進行比較，產生重置信號；以及控制電路，耦接至時鐘產生電路和比較電路，根據時鐘信號和重置信號產生控制信號以控制主電晶體；其中時鐘產生電路還耦接至控制電路以接收控制信號，並根據控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值，若主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則時鐘產生電路改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。
2. 如申請專利範圍第1項所述的開關轉換器，其中時鐘產生電路在檢測到主電晶體的導通時間在連續多個開關週期內均小於時間臨限值後，方改變時鐘信號的頻率。
3. 如申請專利範圍第1項所述的開關轉換器，其中 時鐘產生電路包括：第一電流控制電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至控制電路以接收控制信號，第一電流控制電路基於控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值，並根據判斷結果在輸出端產生第一電流控制信號；第一可控電流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，控制端耦接至第一電流控制電路的輸出端；頻率設置電路，提供設置電流；包括第一電晶體和第二電晶體的第一電流鏡，具有供電端、第一端和第二端，其中供電端耦接至供電電壓，第一端耦接至頻率設置電路以及第一可控電流源的第二端；第一電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一電流鏡的第二端，第二端耦接至參考地；第四電晶體，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端耦接至第一電容器的第一端，第二端耦接至參考地；比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至第一電容器的第一端，第二輸入端接收臨限值電壓；以及第一單觸發電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較器的輸出端，輸出端耦接至第四電晶體的控制端並提供時鐘信號。
4. 如申請專利範圍第3項所述的開關轉換器，其中頻率設置電路包括： 第三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一可控電流源的第二端和第一電流鏡的第一端；誤差放大器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收第二參考電壓，第二輸入端耦接至第三電晶體的第二端，輸出端耦接至第三電晶體的控制端；以及第一電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第三電晶體的第二端，第二端耦接至參考地。
5. 如申請專利範圍第3項所述的開關轉換器，其中第一電流控制電路包括：第二單觸發電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至控制電路以接收控制信號；正反器，具有時鐘輸入端、資料登錄端和輸出端，其中時鐘輸入端耦接至第二單觸發電路的輸出端，資料登錄端耦接至控制電路以接收控制信號，輸出端提供導通時間判斷信號；邏輯電路，具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其中輸入端耦接至正反器的輸出端以接收導通時間判斷信號，邏輯電路基於導通時間判斷信號，分別在第一輸出端和第二輸出端產生第一邏輯信號和第二邏輯信號；第一電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供電電壓；第五電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第 一端耦接至第一電流源的第二端，控制端耦接至邏輯電路的第一輸出端以接收第一邏輯信號；第六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第五電晶體的第二端，控制端耦接至邏輯電路的第二輸出端以接收第二邏輯信號；第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第六電晶體的第二端，第二端耦接至參考地；以及第二電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第五電晶體的第二端和第六電晶體的第一端並提供第一電流控制信號，第二端耦接至參考地。
6. 如申請專利範圍第3項所述的開關轉換器，其中第一可控電流源包括：第七電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至第一電流控制電路以接收第一電流控制信號；第二電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第七電晶體的第二端；第三電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二電阻器的第二端，第二端耦接至參考地；以及包括第八電晶體和第九電晶體的第二電流鏡，具有供電端、第一端和第二端，其中供電端耦接至供電電壓，第一端耦接至第七電晶體的第一端，第二端耦接至第一電流鏡的第一端。
7. 如申請專利範圍第5項所述的開關轉換器，其中第一電流控制電路還包括： 第四電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供電電壓；第十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，第二端耦接至第二電容器的第一端，控制端耦接至第四電流源的第二端；第十一電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十電晶體的控制端，第二端耦接至參考地，控制端耦接至第二電容器的第一端；多次檢測電路，耦接至正反器的輸出端以接收導通時間判斷信號，基於導通時間判斷信號判斷主電晶體的導通時間是否在連續多個開關週期內均小於時間臨限值，產生多次檢測信號；以及第十二電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十電晶體的控制端，第二端耦接至參考地，控制端耦接至多次檢測電路以接收多次檢測信號。
8. 如申請專利範圍第3項所述的開關轉換器，其中第一電流控制電路包括：第十三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，控制端耦接至第一電晶體和第二電晶體的控制端；第十四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十三電晶體的第二端；第十五電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十四電晶體的第二端，控制端耦接至控制 電路以接收控制信號；第五電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第十五電晶體的第二端，第二端耦接至參考地；以及第三電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第十四電晶體的第二端和第十五電晶體的第一端並提供第一電流控制信號，第二端耦接至參考地。
9. 如申請專利範圍第3項所述的開關轉換器，其中時鐘產生電路還包括：第二電流控制電路，檢測開關轉換器是否處於輕載狀態，並根據檢測結果產生第二電流控制信號；以及第二可控電流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，第二端耦接至第一電流鏡的第一端，控制端耦接至第二電流控制電路以接收第二電流控制信號。
10. 如申請專利範圍第3項所述的開關轉換器，其中時鐘產生電路還包括：第三可控電流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，控制端耦接至誤差放大電路以接收補償信號；第十六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，第二端耦接至參考地；第十七電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端和控制端耦接至第三可控電流源的第二端；第十八電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中 第一端耦接至第一電流鏡的第一端，第二端耦接至頻率設置電路，控制端耦接至第十七電晶體的控制端；第十九電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，第二端耦接至頻率設置電路，控制端耦接至第十六電晶體的控制端；以及第六電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第十六電晶體和第十七電晶體的第二端，第二端耦接至參考地。
11. 一種用於開關轉換器的控制器，該開關轉換器包括主電晶體，該控制器包括：時鐘產生電路，產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號；以及控制電路，耦接至時鐘產生電路，根據時鐘信號和代表開關轉換器輸出信號的回饋信號產生控制信號以控制主電晶體；其中若主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則時鐘產生電路改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。
12. 如申請專利範圍第11項所述的控制器，其中時鐘產生電路包括：第一電流控制電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至控制電路以接收控制信號，第一電流控制電路基於控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值，並根據判斷結果在輸出端產生第一電流控制信號； 第一可控電流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，控制端耦接至第一電流控制電路的輸出端；頻率設置電路，提供設置電流；包括第一電晶體和第二電晶體的第一電流鏡，具有供電端、第一端和第二端，其中供電端耦接至供電電壓，第一端耦接至頻率設置電路以及第一可控電流源的第二端；第一電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第一電流鏡的第二端，第二端耦接至參考地；第四電晶體，具有第一端，第二端和控制端，其中第一端耦接至第一電容器的第一端，第二端耦接至參考地；比較器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端耦接至第一電容器的第一端，第二輸入端接收臨限值電壓；以及第一單觸發電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至比較器的輸出端，輸出端耦接至第四電晶體的控制端並提供時鐘信號。
13. 如申請專利範圍第12項所述的控制器，其中頻率設置電路包括：第三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一可控電流源的第二端和第一電流鏡的第一端；誤差放大器，具有第一輸入端、第二輸入端和輸出端，其中第一輸入端接收參考電壓，第二輸入端耦接至第 三電晶體的第二端，輸出端耦接至第三電晶體的控制端；以及第一電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第三電晶體的第二端，第二端耦接至參考地。
14. 如申請專利範圍第12項所述的控制器，其中第一電流控制電路包括：第二單觸發電路，具有輸入端和輸出端，其中輸入端耦接至控制電路以接收控制信號；正反器，具有時鐘輸入端、資料登錄端和輸出端，其中時鐘輸入端耦接至第二單觸發電路的輸出端，資料登錄端耦接至控制電路以接收控制信號，輸出端提供導通時間判斷信號；邏輯電路，具有輸入端、第一輸出端和第二輸出端，其中輸入端耦接至正反器的輸出端以接收導通時間判斷信號，邏輯電路基於導通時間判斷信號，分別在第一輸出端和第二輸出端產生第一邏輯信號和第二邏輯信號；第一電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供電電壓；第五電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第一電流源的第二端，控制端耦接至邏輯電路的第一輸出端以接收第一邏輯信號；第六電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第五電晶體的第二端，控制端耦接至邏輯電路的第二輸出端以接收第二邏輯信號； 第二電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第六電晶體的第二端，第二端耦接至參考地；以及第二電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第五電晶體的第二端和第六電晶體的第一端並提供第一電流控制信號，第二端耦接至參考地。
15. 如申請專利範圍第12項所述的控制器，其中第一可控電流源包括：第七電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中控制端耦接至第一電流控制電路以接收第一電流控制信號；第二電阻器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第七電晶體的第二端；第三電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第二電阻器的第二端，第二端耦接至參考地；以及包括第八電晶體和第九電晶體的第二電流鏡，具有供電端、第一端和第二端，其中供電端耦接至供電電壓，第一端耦接至第七電晶體的第一端，第二端耦接至第一電流鏡的第一端。
16. 如申請專利範圍第14項所述的控制器，其中第一電流控制電路還包括：第四電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至供電電壓；第十電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，第二端耦接至第二電容器的第一端，控制端耦接至第四電流源的第二端； 第十一電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十電晶體的控制端，第二端耦接至參考地，控制端耦接至第二電容器的第一端；多次檢測電路，耦接至正反器的輸出端以接收導通時間判斷信號，基於導通時間判斷信號判斷主電晶體的導通時間是否在連續多個開關週期內均小於時間臨限值，產生多次檢測信號；以及第十二電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十電晶體的控制端，第二端耦接至參考地，控制端耦接至多次檢測電路以接收多次檢測信號。
17. 如申請專利範圍第12項所述的控制器，其中第一電流控制電路包括：第十三電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，控制端耦接至第一電晶體和第二電晶體的控制端；第十四電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十三電晶體的第二端；第十五電晶體，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至第十四電晶體的第二端，控制端耦接至控制電路以接收控制信號；第五電流源，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第十五電晶體的第二端，第二端耦接至參考地；以及第三電容器，具有第一端和第二端，其中第一端耦接至第十四電晶體的第二端和第十五電晶體的第一端並提供 第一電流控制信號，第二端耦接至參考地。
18. 如申請專利範圍第12項所述的控制器，其中時鐘產生電路還包括：第二電流控制電路，檢測開關轉換器是否處於輕載狀態，並根據檢測結果產生第二電流控制信號；以及第二可控電流源，具有第一端、第二端和控制端，其中第一端耦接至供電電壓，第二端耦接至第一電流鏡的第一端，控制端耦接至第二電流控制電路以接收第二電流控制信號。
19. 一種用於開關轉換器的控制方法，該開關轉換器包括主電晶體，該控制方法包括：產生代表開關轉換器輸出信號的回饋信號；產生決定主電晶體開關頻率的時鐘信號；根據時鐘信號和回饋信號產生控制信號以控制主電晶體；根據控制信號判斷主電晶體的導通時間是否小於時間臨限值；以及若主電晶體的導通時間小於時間臨限值，則改變時鐘信號的頻率以將主電晶體的導通時間調節至等於時間臨限值。
20. 如申請專利範圍第19項所述的控制方法，還包括：檢測開關轉換器是否處於輕載狀態；以及若開關轉換器處於輕載狀態，減小時鐘信號的頻率。