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TWI656720B - 切換式電源供應器及其控制電路 - Google Patents

切換式電源供應器及其控制電路 Download PDF

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TWI656720B
TWI656720B TW106138341A TW106138341A TWI656720B TW I656720 B TWI656720 B TW I656720B TW 106138341 A TW106138341 A TW 106138341A TW 106138341 A TW106138341 A TW 106138341A TW I656720 B TWI656720 B TW I656720B
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por
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Li-di LUO
羅立狄
Isaac Y. Chen
陳曜洲
Chien-Fu Tang
唐健夫
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Richtek Technology Corporation
立錡科技股份有限公司
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Abstract

本發明提出一種切換式電源供應器及其控制電路。切換式電源供應器包含：功率級電路、驅動電路、與控制電路。其中，控制電路包括：控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路、後置控制器POR訊號產生電路、與脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號產生電路。其中，後置控制器POR訊號產生電路於前置控制器POR訊號切換至控制器重置完成位準後，且驅動訊號開始切換位準以操作功率開關，切換後置控制器POR訊號至備妥位準。其中，PWM訊號產生電路於前置控制器POR訊號切換至控制器重置完成位準，且後置控制器POR訊號切換至備妥位準之前，將PWM訊號之工作比調整為預設極小值。

Description

切換式電源供應器及其控制電路
本發明係有關一種切換式電源供應器及其控制電路，特別是指一種具有確認其中驅動電路操作狀態之切換式電源供應器。本發明也有關於用於切換式電源供應器中之控制電路。
第1A圖顯示一種先前技術之切換式電源供應器(切換式電源供應器1)。切換式電源供應器1將輸入電壓轉Vin換為輸出電壓Vout，其包含控制電路10、驅動電路20與功率級電路30。控制電路10根據相關於輸出電壓Vo之回授訊號FB，而產生脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號PWM1。驅動電路20根據PWM訊號PWM1產生驅動訊號Gate。功率級電路接收驅動訊號Gate而操作其中至少一功率開關，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo。
在切換式電源供應器1電源啟動重置(power ON reset,POR)的過程中，控制器供應電壓Vcc_CTL供應電源予控制電路10，且驅動器供應電壓Vcc_DRV供應電源予驅動電路20。而控制器供應電壓Vcc_CTL及驅動器供應電壓Vcc_DRV都由較低的電壓，例如接地電位，上升至預設的供應電壓。控制電路10的預設控制器供應電壓與驅動電路20的預設驅動器供應電壓可以相同，也可以不同，視實際的需求而定。另一方面，在切換式電源供應器1電源停機(power OFF)的過程中，控制器供應電壓 Vcc_CTL與驅動器供應電壓Vcc_DRV，會由預設控制器供應電壓與預設驅動器供應電壓下降至低電壓，例如接地電位。
如第1B圖所示，考慮控制電路10的預設控制器供應電壓與驅動電路20的預設驅動器供應電壓相同，皆為預設供應電壓Vcc，且控制器供應電壓Vcc_CTL與驅動器供應電壓Vcc_DRV上升與下降的特徵曲線也相同。如第1B圖所示，考慮控制器供應電壓Vcc_CTL在POR過程中，當控制器供應電壓Vcc_CTL於時間點t1上升超過控制器POR上升閾值Vctl_R時，控制電路10將控制器POR訊號POR_CTL切換至控制器重置完成位準(例如為高位準)，以示意控制電路10內部的電路初始化完成，開始開機(start-up)操作，例如開始軟開機(soft-start)操作。其中，控制器POR上升閾值Vctl_R上下平行的虛線，示意控制器POR上升閾值Vctl_R在實際的操作中，可能產生的誤差。
相似地，考慮驅動器供應電壓Vcc_DRV在POR過程中，當驅動器供應電壓Vcc_DRV於時間點t2上升超過驅動器POR上升閾值Vdrv_R時，驅動電路20將驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置完成位準(例如為高位準)，以示意驅動電路20內部的電路初始化完成，開始開機(start-up)操作。其中，驅動器POR上升閾值Vdrv_R上下的虛線，示意驅動器POR上升閾值Vdrv_R在實際的操作中，可能產生的誤差。
另一方面，如第1B圖所示，考慮控制器供應電壓Vcc_CTL在電源停機過程中，當控制器供應電壓Vcc_CTL於時間點t3下降超過控制器POR下降閾值Vctl_F時，控制電路10將控制器POR訊號POR_CTL切換至控制器重置位準(例如為低位準)，以示意控制電路10內部的電路重置狀態。其中，控制器POR下降閾值Vctl_F上下平行的虛線，示意控制器POR下降閾值Vctl_F在實際的操作中，可能產生的誤差。
相似地，考慮驅動器供應電壓Vcc_DRV在電源停機過程中，當驅動器供應電壓Vcc_DRV於時間點t4下降超過驅動器POR下降閾值Vdrv_F時，驅動電路20將驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準(例如為低位準)，以示意驅動電路20內部的電路重置狀態。其中，驅動器POR下降閾值Vdrv_F上下的虛線，示意驅動器POR下降閾值Vdrv_F在實際的操作中，可能產生的誤差。
先前技術切換式電源供應器的缺點在於：首先，當控制器POR上升閾值Vctl_R低於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，如第1B圖所示，時間點t1會早於時間點t2，也就是說，控制電路10的開機操作早於驅動電路20的開機操作，可能造成控制電路10在驅動電路20的開機操作完成前，不斷提高PWM訊號PWM1的工作比，而導致驅動電路20的開機操作完成後，造成流入功率級電路的湧入電流太高，而損壞電路。雖然控制電路10可具有軟開機的機制，但仍可能會在軟開機結束後，因為驅動電路20的開機操作尚未完成，而造成流入功率級電路的湧入電流太高。
再者，當控制器POR下降閾值Vctl_F低於驅動器POR下降閾值Vdrv_F，如第1B圖所示，時間點t3會晚於時間點t4，也就是說，控制電路10的電源停機操作晚於驅動電路20的電源停機操作，可能造成驅動電路20在電源停機操作完成後，輸出電壓Vo驟降，而導致控制電路10觸發保護機制，而可能損壞電路。
因此，為了避免前述的缺點，另一種先前技術切換式電源供應器，將控制器POR上升閾值Vctl_R設定高於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，且控制器POR下降閾值Vctl_F高於驅動器POR下降閾值Vdrv_F。如第1C圖所示，設置控制器POR上升閾值Vctl_R高於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，如第1C圖所示，時間點t1會晚於時間點t2；且控制器POR下降閾 值Vctl_F高於驅動器POR下降閾值Vdrv_F，如第1C圖所示，時間點t3會早於時間點t4，以解決前述的問題。
然而，這樣的做法，必須考慮到控制器POR上升閾值Vctl_R與驅動器POR上升閾值Vdrv_R間的電壓差ΔV，在其各自的誤差範圍內，仍須保持控制器POR上升閾值Vctl_R設定高於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，如第1C圖所示，電壓差ΔV必須要足以確保操作時，控制器POR上升閾值Vctl_R設定高於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，在控制器POR下降閾值Vctl_F高於驅動器POR下降閾值Vdrv_F間也有類似的情況。
如此一來，造成預設供應電壓Vcc必須要高到足以提供前述的正確性，這使預設供應電壓Vcc無法降低，造成電路將會有較高的功率，而消耗較高的功率，限制了節能電路設計的發展。而且，也限制了控制器POR上升閾值Vctl_R、驅動器POR上升閾值Vdrv_R、控制器POR下降閾值Vctl_F與驅動器POR下降閾值Vdrv_F的設定範圍。此外，當控制電路10的預設控制器供應電壓與驅動電路20的預設驅動器供應電壓不相同時，在電路設計上的複雜度較高，也限制了切換式電源供應器1的應用範圍。
有鑑於此，本發明即針對上述先前技術之不足，提出一種切換式電源供應器及其控制電路，可以解決前述先前技術的問題，並降低先前技術的電能消耗，提高切換式電源供應器及其中之控制電路的應用範圍。
就其中一個觀點言，本發明提供了一種切換式電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該切換式電源供應器包含：一功率級電路，用以根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關，以將該 輸入電壓轉換為該輸出電壓；一驅動電路，與該功率級電路耦接，用以根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，產生該驅動訊號；以及一控制電路，與該驅動電路及該功率級電路耦接，該控制電路包括：一控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路，用以於一控制器供應電壓上升超過一控制器POR上升閾值時，切換一前置控制器POR訊號至一控制器重置完成位準；一後置控制器POR訊號產生電路，與該控制器POR電路及該驅動電路耦接，用以於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準後，根據該驅動訊號，以於該驅動訊號開始根據該PWM訊號而切換位準以操作該功率開關後，切換一後置控制器POR訊號至一備妥位準；以及一PWM訊號產生電路，根據相關於該輸出電壓之一回授訊號與該後置控制器POR訊號，以產生該PWM訊號；其中，該PWM訊號產生電路於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準，且該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之一工作比調整為一預設極小值。
就另一個觀點言，本發明也提供了一種控制電路，用於一切換式電源供應器，其中該切換式電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該切換式電源供應器包含：一功率級電路，用以根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一驅動電路，與該功率級電路耦接，用以根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，產生該驅動訊號；以及該控制電路，該控制電路包含：一控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路，用以於一控制器供應電壓上升超過一控制器POR上升閾值時，切換一前置控制器POR訊號至一控制器重置完成位準；一後置控制器POR訊號產生電路，與該控制器POR電路及該驅動電路耦接，用以於該前置控制器POR訊號切換至該控 制器重置完成位準後，根據該驅動訊號，以於該驅動訊號開始根據該PWM訊號而切換位準以操作該功率開關後，切換一後置控制器POR訊號至一備妥位準；以及一PWM訊號產生電路，根據相關於該輸出電壓之一回授訊號與該後置控制器POR訊號POR_CTL2，以產生該PWM訊號；其中，該PWM訊號產生電路於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準，且該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之一工作比調整為一預設極小值。
在一較佳實施例中，驅動電路包括：一驅動器POR電路，用以於一驅動器供應電壓上升超過一驅動器POR上升閾值時，切換一驅動器POR訊號至一驅動器重置完成位準；以及一驅動訊號產生電路，與該驅動器POR電路及該PWM訊號產生電路耦接，用以根據該驅動器POR訊號與該PWM訊號，產生該驅動訊號。
在一較佳實施例中，該後置控制器POR訊號產生電路包括一閂鎖電路，用以根據該前置控制器POR訊號而觸發重置，並根據一時脈訊號，閂鎖相關於該驅動訊號之一切換操作訊號，以切換該後置控制器POR訊號。
在前述的實施例中，該時脈訊號較佳地包括該PWM訊號。
在一較佳實施例中，該PWM訊號產生電路包括：一初步電路，與該後置控制器POR訊號產生電路耦接，用以根據該後置控制器POR訊號與該回授訊號，產生一初步PWM訊號；以及一決定電路，與該初步電路耦接，用以根據該初步PWM訊號與一時脈訊號，產生該PWM訊號。
在前述的實施例中，該初步電路較佳地更與該控制器POR電路耦接，以更根據該前置控制器POR訊號，產生一極小值PWM訊號， 作為該時脈訊號，使得該決定電路於該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之該工作比調整為該預設極小值。
在一較佳實施例中，該控制器POR電路於該控制器供應電壓下降至一控制器POR下降閾值時，切換該前置控制器POR訊號至一控制器重置位準，且該後置控制器POR訊號產生電路切換該後置控制器POR訊號至一未備妥位準。
在一較佳實施例中，該驅動器POR電路於該驅動器供應電壓下降至一驅動器POR下降閾值時，切換該驅動器POR訊號至一驅動器重置位準，且該PWM訊號產生電路於該驅動器POR訊號切換至該驅動器重置位準後，且於該前置控制器POR訊號切換至一控制器重置位準之前，將該PWM訊號之該工作比調整為該預設極小值。
在一較佳實施例中，其中該後置控制器POR訊號產生電路接收該功率級電路中一相位節點電壓，作為該驅動訊號之相關訊號。
在一較佳實施例中，該功率級電路包括同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、或返馳型功率級電路。
在一較佳實施例中，該預設極小值為零。
在一較佳實施例中，該輸入電壓具有一半弦波訊號。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
1,100,200‧‧‧切換式電源供應器
10,110,210,310‧‧‧控制電路
20,120,220,320‧‧‧驅動電路
30,130,230‧‧‧功率級電路
111,311‧‧‧控制器POR電路
113,213,313‧‧‧後置控制器POR訊號產生電路
115,315‧‧‧PWM訊號產生電路
121,321‧‧‧驅動器POR電路
123,323‧‧‧驅動訊號產生電路
1131,3131‧‧‧延遲電路
1133,3133‧‧‧閂鎖電路
1151,3151‧‧‧初步電路
1153‧‧‧時脈訊號產生電路
1155,3155‧‧‧決定電路
CK,D,Q,R‧‧‧接腳
CLK‧‧‧時脈訊號
FB‧‧‧回授訊號
Gate_L,Gate_U‧‧‧驅動訊號
LX‧‧‧相位節點
Min_PWM‧‧‧極小值PWM訊號
POR_CTL‧‧‧控制器POR訊號
POR_CTL1‧‧‧前置控制器POR訊號
POR_CTL2‧‧‧後置控制器POR訊號
POR_DRV‧‧‧驅動器POR訊號
Pre_PWM‧‧‧初步PWM訊號
PWM2‧‧‧PWM訊號
SWOP‧‧‧切換操作訊號
t1,t2,t3,t4,t5,t6‧‧‧時間點
Vcc‧‧‧預設供應電壓
Vcc_CTL‧‧‧控制器供應電壓
Vcc_DRV‧‧‧驅動器供應電壓
Vctl_F‧‧‧控制器POR下降閾值
Vctl_R‧‧‧控制器POR上升閾值
Vdrv_F‧‧‧驅動器POR下降閾值
Vdrv_R‧‧‧驅動器POR上升閾值
Vin‧‧‧輸入電壓
Vo‧‧‧輸出電壓
第1A圖顯示一種先前技術切換式電源供應器1之示意圖。
第1B與1C圖顯示先前技術切換式電源供應器1之控制器供應電壓Vcc_CTL與驅動器供應電壓Vcc_DRV特徵曲線示意圖。
第2A與2B圖顯示本發明第一個實施例。
第3圖顯示本發明第二個實施例。
第4圖顯示本發明第三個實施例。
第5A-5C圖顯示根據本發明之相關特徵曲線示意圖。
第6A-6C圖顯示根據本發明之另一個相關特徵曲線示意圖。
第7A-7K圖顯示同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、與返馳型功率級電路。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路間之耦接關係，以及各訊號波形之間之關係，至於電路、訊號波形與頻率則並未依照比例繪製。
第2A與2B圖顯示本發明第一個實施例。如第2A圖所示，切換式電源供應器100用以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo。切換式電源供應器100包含控制電路110、驅動電路120與功率級電路130。其中，功率級電路130用以根據驅動訊號Gate_L與Gate_U，切換其中至少一個功率開關，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vo。其中，功率級電路130例如包括同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、或返馳型功率級電路，如第7A-7K圖所示。驅動訊號Gate_L與Gate_U為相關訊號，例如但不限於大致上互為反相，此為本領域中具有通常知識者所熟知，在此不予贅述。
驅動電路120與控制電路110及功率級電路130耦接，包含驅動器DRV，用以根據脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號PWM2， 產生驅動訊號Gate_L與Gate_U。控制電路110與驅動電路120及功率級電路130耦接，根據相關於輸出電壓Vo之回授訊號FB與驅動訊號Gate_L，而產生PWM訊號PWM2。如第2B圖所示，並同時參照第5A-5C圖，控制電路110例如包括：控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路111、後置控制器POR訊號產生電路113與PWM訊號產生電路115。其中，控制器POR電路111用以於控制器供應電壓Vcc_CTL上升超過控制器POR上升閾值Vctl_R時，切換前置控制器POR訊號POR_CTL1至控制器重置完成位準(例如但不限於為高位準)。後置控制器POR訊號產生電路113與控制器POR電路111及驅動電路120耦接，用以於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準後，例如接收驅動訊號Gate_L，以於驅動訊號Gate_L開始根據PWM訊號PWM2而切換位準以操作功率級電路130中的功率開關後，後置控制器POR訊號產生電路113切換後置控制器POR訊號POR_CTL2至備妥位準(例如但不限於為高位準)。
請繼續參閱第2B圖，PWM訊號產生電路115根據相關於輸出電壓Vo之回授訊號FB與後置控制器POR訊號POR_CTL2，以產生PWM訊號PWM2。其中，PWM訊號產生電路115於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準，且後置控制器POR訊號POR_CTL2切換至備妥位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值。其中，PWM訊號PWM2之工作比之預設極小值，可以為切換式電源供應器之PWM訊號可控制之最小值，PWM訊號PWM2例如但不限於為如第2B圖所示之時脈訊號CLK，其中時脈訊號CLK例如但不限於由時脈訊號產生電路1153所產生之固定週期產生的脈衝訊號。
然而，所謂的預設極小值，也可以為零，也就是說，在於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準，且後置控制 器POR訊號POR_CTL2切換至備妥位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比可以為零，而沒有脈衝訊號，也就是說，PWM訊號產生電路115即使在控制器POR電路111已將前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準，只要還未確認驅動電路120開始操作，可以使PWM訊號PWM2為零，等驅動電路120正常操作後，PWM訊號產生電路115才開始產生根據回授訊號產生正常操作時的PWM訊號。要產生工作比為零的PWM訊號PWM2，則可以選擇例如但不限於如第4圖所示的方式。此外，預設極小值可以為根據設計者須由而設置的低於回路回授受控(loop feedback controlled duty)的工作比之任何預設值。
請繼續參閱第2B圖，驅動電路120例如但不限於包括驅動器POR電路121與驅動訊號產生電路123。驅動器POR電路121用以於驅動器供應電壓Vcc_DRV上升超過驅動器POR上升閾值Vdrv_R時，切換驅動器POR訊號POR_DRV至驅動器重置完成位準(例如但不限於為高位準)。驅動訊號產生電路123與驅動器POR電路121及PWM訊號產生電路115耦接，用以根據驅動器POR訊號POR_DRV與PWM訊號PWM2，產生驅動訊號Gate_L與Gate_U。
請繼續參閱第2B圖，後置控制器POR訊號產生電路113例如包括閂鎖電路1133，在一個較具體的實施例中，閂鎖電路1133例如但不限於為如圖所示之D型正反器(D-type flip-flop)，用以根據前置控制器POR訊號POR_CRL1而觸發接腳R而重置，並根據時脈訊號CLK，閂鎖相關於驅動訊號Gate_L之切換操作訊號SWOP，以切換後置控制器POR訊號POR_CLT2。其中，D型正反器之接腳CK例如接收由時脈訊號CLK經過延遲電路1131後之訊號，以與切換操作訊號SWOP同步。D型正反器栓鎖由 接腳D所接收之切換操作訊號SWOP以於接腳Q輸出後置控制器POR訊號POR_CLT2。
請繼續參閱第2B圖，PWM訊號產生電路115例如包括初步電路1151、時脈訊號產生電路1153與決定電路1155。初步電路1151與後置控制器POR訊號產生電路113耦接，並根據後置控制器POR訊號POR_CTL2與回授訊號FB，產生初步PWM訊號Pre-PWM。決定電路1155與初步電路1151及時脈訊號產生電路1153耦接，用以根據初步PWM訊號Pre-PWM與時脈訊號CLK，產生PWM訊號PWM2。其中，初步電路1151在控制電路110與驅動電路120完成POR程序後，與先前技術中的控制電路操作方式相似，根據回授訊號FB而產生PWM訊號，用以操作功率級中的功率開關，以將輸入電壓轉換為輸出電壓。初步電路1151在後置控制器POR訊號POR_CTL2尚未切換至備妥位準之前，產生的初步PWM訊號Pre-PWM例如維持在低位準。決定電路1155在一種較具體的實施例中，例如為邏輯電路，其例如但不限於包含如圖所示之或閘(OR gate)，以於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準，且後置控制器POR訊號POR_CTL2切換至備妥位準之前，選擇時脈訊號CLK作為PWM訊號PWM2，藉以將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值。
除了在前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準，且後置控制器POR訊號POR_CTL2切換至備妥位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值之外，根據本發明，控制器POR電路111於控制器供應電壓Vcc_CTL下降至控制器POR下降閾值Vctl_F時，切換前置控制器POR訊號POR_CTL1至控制器重置位準(例如為低位準)，且後置控制器POR訊號產生電路113切換後置控制器POR訊號POR_CTL2至未備妥位準(例如為低位準)；而驅動器POR電路121於驅動器 供應電壓Vcc_DRV下降至驅動器POR下降閾值Vdrv_F時，切換驅動器POR訊號POR_DRV至驅動器重置位準(例如為低位準)。在一種較佳的實施例中，PWM訊號產生電路115於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準後，且於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值。
需說明的是，在一種較佳的實施方式中，輸入電壓Vin具有半弦波訊號。當切換式電源供應器100為交流/直流轉換電路(AC/DC)時，也就是說，一交流電壓在經過整流電路轉換後，所產生的輸入電壓Vin具有全波整流半弦波訊號或半波整流半弦波訊號。這可能會導致先前技術中，控制器POR上升閾值Vctl_R、驅動器POR上升閾值Vdrv_R、控制器POR下降閾值Vctl_F與驅動器POR下降閾值Vdrv_F可能產生的誤差變大。因此在交流/直流轉換電路中應用本發明，會有更顯著的改善，尤其在降低功率的消耗，與各POR上升與下降閾值的彈性上。
第3圖顯示本發明第二個實施例。如圖所示，切換式電源供應器200包含控制電路210、驅動電路220與功率級電路230。本發明與第一個實施例不同之處，在於：在本實施例中，控制電路210中之後置控制器POR訊號產生電路213接收功率級電路230中相位節點電壓LX，作為驅動訊號Gate_L之相關訊號。本實施例旨在說明，根據本發明，驅動訊號相關訊號，只要可以示意驅動訊號開始操作功率級電路230中之功率級開關的狀態，即可作為驅動訊號Gate_L的相關訊號而輸入後置控制器POR訊號產生電路213，使得後置控制器POR訊號產生電路213於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準後，於驅動訊號Gate_L開始根據PWM訊號PWM2而切換位準以操作功率開關後，切換後置控制器POR訊號POR_CTL2至備妥位準。
第4圖顯示本發明第三個實施例。本發明顯示控制電路310與驅動電路320的一種較具體的實施例。如圖所示，驅動電路320與控制電路310耦接，用以根據脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號PWM2，產生驅動訊號Gate_L。控制電路310與驅動電路320耦接，根據相關於輸出電壓Vo之回授訊號FB與驅動訊號Gate_L，而產生PWM訊號PWM2。如第4圖所示，並同時參照第5A-5C圖，控制電路310例如包括：控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路311、後置控制器POR訊號產生電路313與PWM訊號產生電路315。其中，控制器POR電路311用以於控制器供應電壓Vcc_CTL上升超過控制器POR上升閾值Vctl_R時，切換前置控制器POR訊號POR_CTL1至控制器重置完成位準(例如但不限於為高位準)。後置控制器POR訊號產生電路313與控制器POR電路311、PWM訊號產生電路315及驅動電路320耦接，用以於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準後，例如接收驅動訊號Gate_L，以於驅動訊號Gate_L開始根據PWM訊號PWM2而切換位準以操作功率級電路中的功率開關後，後置控制器POR訊號產生電路313切換後置控制器POR訊號POR_CTL2至備妥位準(例如但不限於為高位準)。
在本實施例中，後置控制器POR訊號產生電路313例如包括閂鎖電路3133，在一個較具體的實施例中，閂鎖電路3133例如但不限於為如圖所示之D型正反器(D-type flip-flop)，用以根據前置控制器POR訊號POR_CRL1而觸發接腳R而重置，並根據PWM訊號PWM2，輸入接腳CK，以觸發閂鎖相關於驅動訊號Gate_L之切換操作訊號SWOP，進而切換後置控制器POR訊號POR_CLT2。其中，在本實施例中，D型正反器之接腳CK例如接收PWM訊號PWM2經過延遲電路3131後之訊號，以與切換操作訊 號SWOP同步。D型正反器栓鎖由接腳D所接收之切換操作訊號SWOP以於接腳Q輸出後置控制器POR訊號POR_CLT2。
請繼續參閱第4圖，PWM訊號產生電路315根據相關於輸出電壓Vo之回授訊號FB、前置控制器POR訊號POR_CTL1與後置控制器POR訊號POR_CTL2，以產生PWM訊號PWM2。其中，PWM訊號產生電路315於前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準，且後置控制器POR訊號POR_CTL2切換至備妥位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值。在本實施例中，與第一個實施例相比，在本實施例中，初步電路3151例如但不限於根據前置控制器POR訊號POR_CTL1，於控制電路310POR程序完成後，產生一個極小值PWM訊號Min_PWM，其具有PWM訊號之工作比之預設極小值，以作為如第2B圖所示之時脈訊號CLK，其中PWM訊號之工作比之預設極小值，係指控制電路310內部預設的一個PWM訊號之工作比極小值，以限制PWM訊號之工作比。
請繼續參閱第4圖，驅動電路320例如但不限於包括驅動器POR電路321與驅動訊號產生電路323。驅動器POR電路321用以於驅動器供應電壓Vcc_DRV上升超過驅動器POR上升閾值Vdrv_R時，切換驅動器POR訊號POR_DRV至驅動器重置完成位準(例如但不限於為高位準)。驅動訊號產生電路323與驅動器POR電路321及PWM訊號產生電路315耦接，用以根據驅動器POR訊號POR_DRV與PWM訊號PWM2，產生驅動訊號Gate_L。
本發明在許多方面優於先前技術，首先，例如以本發明第一個實施例為例，並參閱第5A-5C圖顯示之相關特徵曲線示意圖，在切換式電源供應器100中，控制電路110與驅動電路120於POR過程中，考慮前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準早於驅動器 POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置完成位準，如第5A圖所示，時間點t1早於時間點t2。根據本發明，由於控制電路110在確認驅動電路120之驅動訊號Gate_L與Gate_U，開始根據PWM訊號PWM2而切換位準以操作功率級電路130中的功率開關之前，也就是在前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準後，且後置控制器POR訊號切換至備妥位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值，如第5C圖中PWM訊號PWM2訊號波形所示意。
如此一來，將使得PWM訊號PWM2之工作比不會因為回授訊號FB尚未正確示意輸出電壓Vo之前，而產生過高的工作比，進而產生過高的湧入電流。因此根據本發明，不需要限制將驅動電路120的開機操作完成時間點，安排在控制電路的開機操作完成時間點之前，以避免過高的湧入電流。因此，相對於先前技術，根據本發明之切換式電源供應器不需要特別將控制器POR上升閾值Vctl_R設定高於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，不需要考慮到控制器POR上升閾值Vctl_R與驅動器POR上升閾值Vdrv_R間的電壓差，即可確保操作時，不會因控制電路與驅動電路之POR程序完成的先後，所造成的電流湧流問題，而提高了切換式電源供應器的應用範圍。
須說明的是，在第一個實施例中，閂鎖電路1133例如為D型正反器，根據前置控制器POR訊號POR_CRL1而觸發接腳R而重置，並根據時脈訊號CLK，閂鎖相關於驅動訊號Gate_L之切換操作訊號SWOP，以切換後置控制器POR訊號POR_CLT2。也就是說，在POR程序中，後置控制器POR訊號POR_CLT2需等下個時脈訊號CLK的升緣(rising edge)或降緣(falling edge)，也就是如第5A圖所示的時間點t5，才切換位準。
另一方面，例如根據本發明第一個實施例，並參閱第5A-5C圖顯示之相關特徵曲線示意圖，在切換式電源供應器100中，控制電路110與驅動電路120於電源停機過程中，考慮前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置位準晚於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準，如第5A圖所示，時間點t3晚於時間點t4。在切換式電源供應器100中，控制電路110與驅動電路120於停機操作中，控制器POR電路121於控制器供應電壓Vcc_CTL在時間點t3下降至控制器POR下降閾值Vctl_F時，切換前置控制器POR訊號POR_CTL1至控制器重置位準(例如但不限於為低電位)，且驅動器POR電路121於驅動器供應電壓Vcc_DRV在時間點t4下降至驅動器POR下降閾值Vdrv_F時，切換驅動器POR訊號POR_DRV至驅動器重置位準。且後置控制器POR訊號產生電路113於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準後，於下一個時脈訊號CLK的升緣(或降緣)，根據操作訊號Gate_L，切換後置控制器POR訊號POR_CTL2至未備妥位準(例如但不限於為低電位)。
也就是說，控制電路110在確認驅動電路120之驅動訊號Gate_L停止根據PWM訊號PWM2而切換位準以操作功率開關之後(驅動訊號Gate_L切換至低位準後不再切換)，即驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準後，且後置控制器POR訊號POR_CTL2切換至未備妥位準之後，且在前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置位準之前，將PWM訊號PWM2之工作比調整為預設極小值。因此，不需要在電源停機操作中，將驅動電路120的電源停機操作完成時間點，安排在控制電路的停機操作完成時間點之後，以避免錯誤的觸發保護機制。
而且在先前技術中，將控制器POR上升閾值Vctl_R設定高於驅動器POR上升閾值Vdrv_R，也無法確保驅動電路的開機操作完成時間 點，在控制電路的開機操作完成時間點之前；同樣在先前技術中，將控制器POR下降閾值Vctl_F設定高於驅動器POR下降閾值Vdrv_F，也無法確保驅動電路的電源停機操作完成時間點，在控制電路的停機操作完成時間點之後。
再者，請參閱第6A-6C圖，第6A-6C圖顯示根據本發明之另一個相關特徵曲線示意圖。如圖所示，根據本發明之切換式電源供應器，在控制器供應電壓Vcc_CTL上升超過控制器POR上升閾值Vctl_R之時間點t1，晚於驅動器供應電壓Vcc_DRV上升超過驅動器POR上升閾值Vdrv_R之時間點t2時；且/或控制器供應電壓Vcc_CTL下降超過控制器POR下降閾值Vctl_F之時間點t3，早於驅動器供應電壓Vcc_DRV下降超過驅動器POR下降閾值Vdrv_F之時間點t4時，仍可操作正常而沒有電流湧流與錯誤觸發保護機制的問題。
以本發明第一個實施例為例，並參閱第6A-6C圖顯示之相關特徵曲線示意圖，在切換式電源供應器100中，控制電路110與驅動電路120於POR過程中，考慮前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準晚於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置完成位準，如第6A圖所示，時間點t1晚於時間點t2。根據本發明，由於控制電路110的開機操作晚於驅動電路120的開機操作；因此，在確認驅動電路120之驅動訊號Gate_L與Gate_U，開始根據PWM訊號PWM2而切換位準以操作功率級電路130中的功率開關之前，前置控制器POR訊號POR_CTL1會維持在控制器重置位準，PWM訊號PWM2維持在低位準而不據以操作功率開關，如第6C圖中PWM訊號PWM2訊號波形所示意。
如此一來，將使得PWM訊號PWM2之工作比更加不會因為回授訊號FB尚未正確示意輸出電壓Vo之前，而產生過高的工作比，進而 產生過高的湧入電流。因此根據本發明，在驅動電路120的開機操作完成時間點，在控制電路的開機操作完成時間點之前，沒有湧入電流的問題。因此，相對於先前技術，根據本發明之切換式電源供應器不需要考慮到控制器POR上升閾值Vctl_R與驅動器POR上升閾值Vdrv_R的位準設計與其間的電壓差，即可確保操作時，不會因控制電路與驅動電路之POR程序完成的先後，所造成的電流湧流問題，而提高了切換式電源供應器的應用範圍。
須說明的是，在第一個實施例中，閂鎖電路1133例如為D型正反器，根據前置控制器POR訊號POR_CRL1而觸發接腳R而重置，並根據時脈訊號CLK，閂鎖相關於驅動訊號Gate_L之切換操作訊號SWOP，以切換後置控制器POR訊號POR_CLT2。也就是說，在POR程序中，後置控制器POR訊號POR_CLT2需等下個時脈訊號CLK的升緣(rising edge)或降緣(falling edge)，也就是如第6A圖所示的時間點t5，才切換位準。
另一方面，例如根據本發明第一個實施例，並參閱第6A-6C圖顯示之相關特徵曲線示意圖，在切換式電源供應器100中，控制電路110與驅動電路120於電源停機過程中，考慮前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置位準早於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準，如第6A圖所示，時間點t3早於時間點t4。在切換式電源供應器100中，控制電路110與驅動電路120於停機操作中，控制器POR電路121於控制器供應電壓Vcc_CTL在時間點t3下降至控制器POR下降閾值Vctl_F時，切換前置控制器POR訊號POR_CTL1至控制器重置位準(例如但不限於為低電位)，且驅動器POR電路121於驅動器供應電壓Vcc_DRV在時間點t4下降至驅動器POR下降閾值Vdrv_F時，切換驅動器POR訊號POR_DRV至驅動器重置位準。且後置控制器POR訊號產生電路113於控制器POR訊號 POR_CTL切換至驅動器重置位準後，重置栓鎖電路1133，將後置控制器POR訊號POR_CTL2切換至未備妥位準(例如但不限於為低電位)。
也就是說，控制電路110在控制器POR訊號POR_CTL切換至驅動器重置位準後，將PWM訊號PWM2切換為零電壓。因此，不會產生錯誤的觸發保護機制。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。所說明之各個實施例，並不限於單獨應用，亦可以組合應用；舉其中一例，如前所述，根據本發明，時間點t1、t2、t3與t4亦可以有不同於第5A-5C與6A-6C之組合方式，例如，在POR程序中，前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置完成位準早於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置完成位準，也就是時間點t1早於時間點t2；而於電源停機過程中，前置控制器POR訊號POR_CTL1切換至控制器重置位準早於驅動器POR訊號POR_DRV切換至驅動器重置位準，也就是時間點t3早於時間點t4，也適用於本發明。此外，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，舉例而言，本發明所稱「根據某訊號進行處理或運算或產生某輸出結果」，不限於根據該訊號的本身，亦包含於必要時，將該訊號進行電壓電流轉換、電流電壓轉換、及/或比例轉換等，之後根據轉換後的訊號進行處理或運算產生某輸出結果。 由此可知，在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化以及各種組合，其組合方式甚多，在此不一一列舉說明。因此，本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。

Claims (24)

  1. 一種切換式電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該切換式電源供應器包含：一功率級電路，用以根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一驅動電路，與該功率級電路耦接，用以根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，產生該驅動訊號；以及一控制電路，與該驅動電路及該功率級電路耦接，該控制電路包括：一控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路，用以於一控制器供應電壓上升超過一控制器POR上升閾值時，切換一前置控制器POR訊號至一控制器重置完成位準；一後置控制器POR訊號產生電路，與該控制器POR電路及該驅動電路耦接，用以於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準後，根據該驅動訊號，以於該驅動訊號開始根據該PWM訊號而切換位準以操作該功率開關後，切換一後置控制器POR訊號至一備妥位準；以及一PWM訊號產生電路，根據相關於該輸出電壓之一回授訊號與該後置控制器POR訊號，以產生該PWM訊號；其中，該PWM訊號產生電路於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準，且該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之一工作比調整為一預設極小值。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該驅動電路包括：一驅動器POR電路，用以於一驅動器供應電壓上升超過一驅動器POR上升閾值時，切換一驅動器POR訊號至一驅動器重置完成位準；以及一驅動訊號產生電路，與該驅動器POR電路及該PWM訊號產生電路耦接，用以根據該驅動器POR訊號與該PWM訊號，產生該驅動訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該後置控制器POR訊號產生電路包括一閂鎖電路，用以根據該前置控制器POR訊號而觸發重置，並根據一時脈訊號，閂鎖相關於該驅動訊號之一切換操作訊號，以切換該後置控制器POR訊號。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之切換式電源供應器，其中該時脈訊號包括該PWM訊號。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該PWM訊號產生電路包括：一初步電路，與該後置控制器POR訊號產生電路耦接，用以根據該後置控制器POR訊號與該回授訊號，產生一初步PWM訊號；以及一決定電路，與該初步電路耦接，用以根據該初步PWM訊號與一時脈訊號，產生該PWM訊號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之切換式電源供應器，其中該初步電路更與該控制器POR電路耦接，以更根據該前置控制器POR訊號，產生一極小值PWM訊號，作為該時脈訊號，使得該決定電路於該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之該工作比調整為該預設極小值。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該控制器POR電路於該控制器供應電壓下降至一控制器POR下降閾值時，切換該前置控制器POR訊號至一控制器重置位準，且該後置控制器POR訊號產生電路切換該後置控制器POR訊號至一未備妥位準。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之切換式電源供應器，其中該驅動器POR電路於該驅動器供應電壓下降至一驅動器POR下降閾值時，切換該驅動器POR訊號至一驅動器重置位準，且該PWM訊號產生電路於該驅動器POR訊號切換至該驅動器重置位準後，且於該前置控制器POR訊號切換至一控制器重置位準之前，將該PWM訊號之該工作比調整為該預設極小值。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該後置控制器POR訊號產生電路接收該功率級電路中一相位節點電壓，作為該驅動訊號之相關訊號。
  10. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該功率級電路包括同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、或返馳型功率級電路。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該預設極小值為零。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之切換式電源供應器，其中該輸入電壓具有一半弦波訊號。
  13. 一種控制電路，用於一切換式電源供應器，其中該切換式電源供應器，用以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該切換式電源供應器包含：一功率級電路，用以根據一驅動訊號，切換其中至少一個功率開關，以將該輸入電壓轉換為該輸出電壓；一驅動電路，與該功率級電路耦接，用以根據一脈寬調變(pulse width modulation,PWM)訊號，產生該驅動訊號；以及該控制電路，該控制電路包含：一控制器電源啟動重置(power ON reset,POR)電路，用以於一控制器供應電壓上升超過一控制器POR上升閾值時，切換一前置控制器POR訊號至一控制器重置完成位準；一後置控制器POR訊號產生電路，與該控制器POR電路及該驅動電路耦接，用以於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準後，根據該驅動訊號，以於該驅動訊號開始根據該PWM訊號而切換位準以操作該功率開關後，切換一後置控制器POR訊號至一備妥位準；以及一PWM訊號產生電路，根據相關於該輸出電壓之一回授訊號與該後置控制器POR訊號，以產生該PWM訊號；其中，該PWM訊號產生電路於該前置控制器POR訊號切換至該控制器重置完成位準，且該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之一工作比調整為一預設極小值。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該驅動電路包括：一驅動器POR電路，用以於一驅動器供應電壓上升超過一驅動器POR上升閾值時，切換一驅動器POR訊號至一驅動器重置完成位準；以及一驅動訊號產生電路，與該驅動器POR電路及該PWM訊號產生電路耦接，用以根據該驅動器POR訊號與該PWM訊號，產生該驅動訊號。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該後置控制器POR訊號產生電路包括一閂鎖電路，用以根據該前置控制器POR訊號而觸發重置，並根據一時脈訊號，閂鎖相關於該驅動訊號之一切換操作訊號，以切換該後置控制器POR訊號。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之控制電路，其中該時脈訊號包括該PWM訊號。
  17. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該PWM訊號產生電路包括：一初步電路，與該後置控制器POR訊號產生電路耦接，用以根據該後置控制器POR訊號與該回授訊號，產生一初步PWM訊號；以及一決定電路，與該初步電路耦接，用以根據該初步PWM訊號與一時脈訊號，產生該PWM訊號。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之控制電路，其中該初步電路更與該控制器POR電路耦接，以更根據該前置控制器POR訊號，產生一極小值PWM訊號，作為該時脈訊號，使得該決定電路於該後置控制器POR訊號切換至該備妥位準之前，將該PWM訊號之該工作比調整為該預設極小值。
  19. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該控制器POR電路於該控制器供應電壓下降至一控制器POR下降閾值時，切換該前置控制器POR訊號至一控制器重置位準，且該後置控制器POR訊號產生電路切換該後置控制器POR訊號至一未備妥位準。
  20. 如申請專利範圍第14項所述之控制電路，其中該驅動器POR電路於該驅動器供應電壓下降至一驅動器POR下降閾值時，切換該驅動器POR訊號至一驅動器重置位準，且該PWM訊號產生電路於該驅動器POR訊號切換至該驅動器重置位準後，且於該前置控制器POR訊號切換至一控制器重置位準之前，將該PWM訊號之該工作比調整為該預設極小值。
  21. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該後置控制器POR訊號產生電路接收該功率級電路中一相位節點電壓，作為該驅動訊號之相關訊號。
  22. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該功率級電路包括同步或非同步之降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、升反壓型、或返馳型功率級電路。
  23. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，其中該預設極小值為零。
  24. 如申請專利範圍第13項所述之控制電路，，其中該輸入電壓具有一半弦波訊號。
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