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TWI866685B - 切換式電源供應器及其控制方法 - Google Patents

切換式電源供應器及其控制方法 Download PDF

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TWI866685B
TWI866685B TW112148116A TW112148116A TWI866685B TW I866685 B TWI866685 B TW I866685B TW 112148116 A TW112148116 A TW 112148116A TW 112148116 A TW112148116 A TW 112148116A TW I866685 B TWI866685 B TW I866685B
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voltage
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張嘉榮
曾祐彬
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立錡科技股份有限公司
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Abstract

一種切換式電源供應器，包括：一功率級電路，用以根據一脈寬調變訊號，控制其中一功率開關，而切換耦接於一相位節點之一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；以及一控制電路，用以於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode, DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，而決定一等效電容調整程序於一致能狀態，進而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓。

Description

切換式電源供應器及其控制方法
本發明係有關一種切換式電源供應器及其控制方法，特別是指一種可定頻又可具有較佳輕載效率之切換式電源供應器及其控制方法。
圖1係顯示習知之切換式電源供應器之輕載效率對下橋開關導通時之相位節點電壓的示意圖。如圖1所示，此習知切換式電源供應器因採用單一固定的切換頻率，且無零電壓切換(zero voltage switch,ZVS)功能，當下橋開關導通時之相位節點電壓較低(亦即下橋開關導通時接近諧振訊號的波谷)時切換損耗(switching loss)較低，輕載效率相對較高；當下橋開關導通時之相位節點電壓較高(亦即下橋開關導通時接近諧振訊號的波峰)時切換損耗(switching loss)較高，輕載效率相對較低，導致其輕載效率不穩定，只有在接近相位節點電壓之波谷時，輕載效率較高。
另一種習知技術是利用零電壓切換之切換功能去調整下橋開關導通的時間點，使下橋開關導通時點均在相位節點電壓為零電壓之時間點，以達到零電壓切換，使電源轉換效率較佳，但是這樣會超過有開關之切換頻率(操作頻率)為定頻需求之負載裝置之電路所容許的操作頻率範圍。也就是說，當負載裝置之電路，例如發光二極體驅動器應用於手寫筆觸控螢 幕，而需要操作頻率限制於一特定的頻率範圍時，零電壓切換方式並不適用。相關的先前技術如美國專利案US8629660B2所示。
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方法，可一定程度定頻又可具有較佳輕載效率。
於一觀點中，本發明提供一種切換式電源供應器，包括：一功率級電路，用以根據一脈寬調變訊號，控制其中一功率開關，而切換耦接於一相位節點之一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；以及一控制電路，用以於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，而決定一等效電容調整程序於一致能狀態，進而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓。
於一實施例中，該控制電路於該電感激磁起始時點，當該相位節點電壓超過一預設閾值電壓時，決定該等效電容調整程序於該致能狀態，而調整該相位節點上之該等效電容。
於一實施例中，該控制電路於該等效電容調整程序轉為該致能狀態後，並保持一持續期間後，調整該等效電容。
於一實施例中，該控制電路於該等效電容調整程序為該致能狀態時，計數該脈寬調變訊號之脈波，於該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，示意該等效電容調整程序已保持了該持續期間。
於一實施例中，該控制電路包括：一比較電路，用以比較該相位節點電壓與該預設閾值電壓，而產生一比較訊號；一判斷電路，用以根據該比較訊號與該脈寬調變訊號，於該電感激磁起始時點，判斷該相位節點 上之該相位節點電壓超過該預設閾值電壓時，產生一致能與保持訊號；一電容調整程序電路，用以根據該致能與保持訊號與該脈寬調變訊號，進行該等效電容調整程序，而產生一程序訊號；以及一等效電容調整電路，用以根據該程序訊號，產生一等效電容調整訊號。
於一實施例中，該切換式電源供應器更包含一諧振調節器，其中該諧振調節器與該相位節點耦接，且包括一電容陣列，該電容陣列具有複數電容器，該諧振調節器於該等效電容調整程序中，根據該等效電容調整訊號，決定與該相位節點耦接之該電容器的數量，以調整該相位節點上之該等效電容。
於一實施例中，該電容陣列中之該複數電容器的一最大總合電容值及/或一電容解析度，相關於該預設閾值電壓。
於一實施例中，該電容調整程序電路包括一第一計數電路，用以根據該致能與保持訊號，而計數該脈寬調變訊號之脈波，以產生該程序訊號。
於一實施例中，該電容調整程序電路更包括一邏輯電路，用以於該程序訊號示意該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，產生一調整致能訊號，以致能該等效電容調整電路，進而產生該等效電容調整訊號。
於一實施例中，該等效電容調整電路包括一第二計數器，用以於該調整致能訊號切換為一致能位準時，累積計數並調整該等效電容調整訊號一預設單位，以調整與該相位節點耦接之該複數電容器的數量。
於一實施例中，該第一計數電路包括一第一單向計數器，用以根據該致能與保持訊號，而單向計數該脈寬調變訊號之脈波，其中該程序 訊號示意該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，該邏輯電路產生該調整致能訊號。
於一實施例中，該第一單向計數器計數達到該程序訊號示意該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，該第一單向計數器溢位並循環計數。
於一實施例中，該第二計數器包括一第二單向計數器，用以於該調整致能訊號切換為該致能位準時，單向累積計數該等效電容調整訊號，以對應調整與該相位節點耦接之該複數電容器的數量。
於一實施例中，該第二單向計數器單向累積計數至一預設計數限制時，該第二單向計數器溢位並循環計數。
於一實施例中，該持續期間相關於該切換式電源供應器之一控制迴路頻寬及/或該等效電容調整程序之一穩定度。
於一實施例中，該控制電路調整該相位節點上之該等效電容，以於一穩定狀態下之該電感激磁起始時點，將該相位節點電壓調整至不超過該預設閾值電壓。
於另一觀點中，本發明提供一種控制方法，用以控制一切換式電源供應器，該切換式電源供應器包括一功率級電路，用以根據一脈寬調變訊號，控制其中一功率開關，而切換耦接於一相位節點之一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該控制方法包括：於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，決定一等效電容調整程序於一致能狀態；以及根據該等效電容調整程序，而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓。
於一實施例中，該於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，決定一等效電容調整程序於一致能狀態之步驟包括：於該電感激磁起始時點，當該相位節點電壓超過一預設閾值電壓時，決定該等效電容調整程序於該致能狀態。
於一實施例中，該根據該等效電容調整程序，而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓之步驟更包括：於該等效電容調整程序轉為該致能狀態後，並保持一持續期間後，調整該等效電容。
於一實施例中，於該等效電容調整程序為該致能狀態時，計數該脈寬調變訊號之脈波，於該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，示意該等效電容調整程序已保持了該持續期間。
於一實施例中，該計數該脈寬調變訊號之脈波，於該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，示意該等效電容調整程序已保持了該持續期間之步驟，包括：單向計數該脈寬調變訊號之脈波，且計數達到該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，溢位並循環計數。
於一實施例中，該於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，決定一等效電容調整程序於一致能狀態之步驟包括：比較該相位節點電壓與該預設閾值電壓，而產生一比較訊號；根據該比較訊號與該脈寬調變訊號，於該電感激磁起始時點，判斷該相位節點上之該相位節點電壓超過該預設閾值電壓時，產生一致能與保持訊號；根據該致能與保持訊號與該脈寬調變訊號，進行該等效電容調整程序，而產生一程序訊號；以及根據該程序訊號，產生一等效電容調整訊號。
於一實施例中，該控制方法更包括：於該等效電容調整程序中，根據該等效電容調整訊號，決定與該相位節點耦接之一電容器的數量，以調整該相位節點上之該等效電容。
於一實施例中，該電容器的一最大總合電容值及/或一電容解析度，相關於該預設閾值電壓。
於一實施例中，該持續期間相關於該切換式電源供應器之一控制迴路頻寬及/或該等效電容調整程序之一穩定度。
於一實施例中，該根據該等效電容調整程序，而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓之步驟更包括：調整該相位節點上之該等效電容，以於一穩定狀態下之該電感激磁起始時點，將該相位節點電壓調整至不超過該預設閾值電壓。
於一實施例中，該根據該程序訊號，產生一等效電容調整訊號之步驟，包括：單向累積計數該等效電容調整訊號，以對應調整與該相位節點耦接之該電容器的數量，並於單向累積計數至一預設計數限制時，溢位並循環計數。
本發明之優點係為本發明可達到定頻且又同時有較佳的輕載效率。
以下將藉由具體實施例詳加說明，以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。
20:切換式電源供應器
201:功率級電路
202:控制電路
2021:比較電路
2022:判斷電路
2023:電容調整程序電路
20231:計數電路
202311,202411:單向計數器
20232:邏輯電路
2024:等效電容調整電路
20241:計數器
203:諧振調節器
C1,C2,C3,C4:電容器
Ceq:等效電容
FF:正反器
fsw:頻率
INV:反相器
L:電感
LX:相位節點
Lx_lo:比較訊號
Lx_lolb:致能與保持訊號
NGATE,NGATEi:脈寬調變訊號
PG:脈衝產生器
Ploss:切換損耗
POR:電源啟動重置
QCOUNT<3：0>,QCOUNT<0>,QCOUNT<1>,QCOUNT<2>,QCOUNT<3>:程序訊號
QGATE<3：0>,QGATE<0>,QGATE<1>,QGATE<2>,QGATE<3>:等效電容調整訊號
QH,QL:功率開關
Sen:調整致能訊號
t1,t2:時點
Tc:持續期間
VCC:電源
Vin:輸入電壓
Vlx:相位節點電壓
Vlx_ref:預設閾值電壓
Vout,Vout(-),Vout1,Vout2:輸出電壓
圖1係顯示習知之切換式電源供應器之輕載效率對下橋開關導通時之相位節點電壓的示意圖。
圖2A係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之電路方塊圖。
圖2B係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之電路方塊圖。
圖2C係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之諧振調節器之電路示意圖。
圖2D係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之比較電路及判斷電路之電路示意圖。
圖2E係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之電容調整程序電路之電路示意圖。
圖2F係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之等效電容調整電路之電路示意圖。
圖2G係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之電容調整程序電路之計數電路之電路方塊圖。
圖2H係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之等效電容調整電路之計數器之電路方塊圖。
圖3A至圖3K顯示本發明可應用於切換式電源供應器之多種實施例。
圖4及圖5係根據本發明之實施例顯示圖2A之切換式電源供應器之相關訊號之訊號波形示意圖。
圖6係根據本發明之一實施例顯示本發明之切換式電源供應器之輕載效率對下橋開關導通時之相位節點電壓及習知之切換式電源供應器之輕載效率對下橋開關導通時之相位節點電壓的關係圖。
圖7係根據本發明之一實施例顯示在不同的負載電流下本發明之切換式電源供應器之輕載效率與下橋開關導通時之相位節點電壓及習知之切換式電源供應器之輕載效率與下橋開關導通時之相位節點電壓的列表。
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。為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明，但這並不旨在限制本發明的申請專利範圍。
圖2A係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之電路方塊圖。圖2B係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之電路方塊圖。如圖2A所示，本發明之切換式電源供應器20包括功率級電路201及控制電路202。請同時參照圖2A及2B，功率級電路201用以根據脈寬調變訊號NGATE，控制其中功率開關QL及QH，而切換耦接於相位節點LX之電感L，以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。控制電路202用以於不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據電感激磁起始時點相位節點LX上之相位節點電壓Vlx，決定等效電容調整程序於致能狀態，進而調整相位節點LX上之等效電容Ceq，以於等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低功率開關QL之跨壓。功率級電路201例如但不限於為圖2B所示之升壓型功率級電路。
請同時參照圖2A及圖5，在本實施例中，控制電路202例如於等效電容調整程序轉為致能狀態後，並保持一持續期間Tc後，調整等效 電容Ceq。控制電路202於等效電容調整程序為致能狀態時，計數脈寬調變訊號NGATE之脈波，於脈寬調變訊號NGATE之脈波計數超過預設脈波數時，且在計數期間，等效電容調整程序一直保持在致能狀態，示意等效電容調整程序在致能狀態已保持了持續期間Tc。如圖2A所示，切換式電源供應器20更包含諧振調節器203，其中諧振調節器203與相位節點LX耦接。在一種實施例中，控制電路202也可以於等效電容調整程序轉為致能狀態後，即調整等效電容Ceq，只要控制電路202根據等效電容調整程序為致能狀態而調整等效電容Ceq，以達到等效電容調整程序後，且在DCM中當功率開關QL及QH於關斷狀態結束後之另一電感激磁起始時點，降低相位節點電壓Vlx即可。控制電路202也可以以其他方式計時等效電容調整程序保持在致能狀態的時間，而決定調整等效電容Ceq。在一種較佳的實施例中，控制電路202連續性地根據等效電容調整程序保持在致能狀態的時間，而持續調整等效電容Ceq，使得相位節點電壓Vlx於等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，達到零電位，以使功率級電路201中的功率開關QL及/或QH達成零電壓切換，以降低開關切換損耗。
需說明的是，當切換式電源供應器20之脈寬調變訊號NGATE具有單一固定的頻率，且當切換式電源供應器20操作於DCM中當功率開關QL及QH於關斷狀態時，相位節點LX上之相位節點電壓Vlx為準諧振(quasi-resonance)訊號，以功率級電路201為升壓型功率級電路為例，在DCM中當功率開關QL及QH於關斷狀態結束後之另一電感激磁起始時點，功率開關QL切換為導通，其切換損耗Ploss公式如下所示：
Figure 112148116-A0305-02-0012-1
 其中，fsw為脈寬調變訊號NGATE之單一固定的頻率。由上式可知功率開關QL的切換損耗Ploss與相位節點LX上之相位節點電壓Vlx平方成正比，如果可以於功率開關QL及QH於關斷狀態結束後之另一電感激磁起始時點(即功率開關QL的導通時點)，降低相位節點電壓Vlx，可以降低切換損耗Ploss，提高切換式電源供應器20輕載時，且操作於DCM之轉換效率(即前述輕載效率)。如前所述，當功率開關QL及QH於關斷狀態時，等效電容Ceq與電感L組成諧振電路而發生諧振，而使得相位節點LX上之相位節點電壓Vlx為準諧振訊號，該準諧振訊號之頻率相關於等效電容Ceq與電感L。因此，根據本發明，調整等效電容Ceq的目的即在調整該諧振訊號之頻率，以使等效電容調整程序後，在另一電感激磁起始時點(也就是功率開關QL的導通時點)盡可能地接近該準諧振訊號之波谷，進而降低功率開關QL的切換損耗Ploss。
於一實施例中，持續期間Tc相關於切換式電源供應器20之控制迴路頻寬及/或等效電容調整程序之穩定度。如圖2B所示，控制電路202調整相位節點LX上之等效電容Ceq，以於穩定狀態下之電感激磁起始時點，將相位節點電壓Vlx調整至不超過預設閾值電壓Vlx_ref。
請參照圖2B，控制電路202於電感激磁起始時點，當相位節點電壓Vlx超過預設閾值電壓Vlx_ref時，決定等效電容調整程序於致能狀態，進而根據等效電容調整程序的致能狀態，調整相位節點LX上之等效電容Ceq。控制電路202包括比較電路2021、判斷電路2022、電容調整程序電路2023及等效電容調整電路2024。比較電路2021用以比較相位節點電壓Vlx與預設閾值電壓Vlx_ref，而產生比較訊號Lx_lo。判斷電路2022用 以根據脈寬調變訊號NGATE，而於每個電感激磁起始時點，根據比較訊號Lx_lo，判斷相位節點LX上之相位節點電壓Vlx是否超過預設閾值電壓Vlx_ref，並於相位節點電壓Vlx超過預設閾值電壓Vlx_ref時，產生致能與保持訊號Lx_lolb。
電容調整程序電路2023用以根據致能與保持訊號Lx_lolb與脈寬調變訊號NGATEi，進行等效電容調整程序，而產生程序訊號QCOUNT<3：0>。等效電容調整電路2024用以根據程序訊號QCOUNT<3：0>，產生等效電容調整訊號QGATE<3：0>。
圖2C係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之諧振調節器之電路示意圖。如圖2C所示，諧振調節器203包括電容陣列，電容陣列具有複數電容器C1、C2、C3、C4，分別對應具有電容值1C、2C、4C、8C。諧振調節器203於等效電容調整程序中，根據等效電容調整訊號QGATE<3：0>，決定與相位節點LX耦接之電容器的數量，以調整相位節點LX上之等效電容Ceq。在本實施例中，可以根據等效電容調整訊號QGATE<3：0>，決定與相位節點LX耦接之電容器的數量，而決定耦接於相位節點LX之電容值於0至15C之間。於一實施例中，電容陣列中之複數電容器C1、C2、C3、C4的最大總合電容值(以本實施例而言，即15C)及/或電容解析度(以本實施例而言，即1C)，相關於預設閾值電壓Vlx_ref。
圖2D係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之比較電路及判斷電路之電路示意圖。本實施例為圖2B之比較電路2021及判斷電路2022之一示範性實施例。如圖2D所示，比較電路2021 可為一比較器，例如用以比較相位節點電壓Vlx與預設閾值電壓Vlx_ref。判斷電路2022例如包括脈衝產生器PG、正反器FF及反相器INV。
圖2E係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之電容調整程序電路之電路示意圖。如圖2E所示，電容調整程序電路2023包括計數電路20231，用以根據致能與保持訊號Lx_lolb，而計數脈寬調變訊號NGATEi之脈波，以產生程序訊號QCOUNT<3：0>。電容調整程序電路2023更包括邏輯電路20232，用以於程序訊號QCOUNT<3：0>示意脈寬調變訊號NGATEi之脈波計數超過預設脈波數時，產生調整致能訊號Sen，以致能等效電容調整電路2024，進而產生等效電容調整訊號QGATE<3：0>。
圖2G係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之電容調整程序電路之計數電路之電路方塊圖。如圖2G所示，於一實施例中，計數電路20231包括單向計數器202311，用以根據致能與保持訊號Lx_lolb，而單向計數脈寬調變訊號NGATEi之脈波。程序訊號QCOUNT<3：0>示意脈寬調變訊號NGATEi之脈波計數超過預設脈波數時，邏輯電路20232產生調整致能訊號Sen。單向計數器202311計數達到程序訊號QCOUNT<3：0>示意脈寬調變訊號NGATEi之脈波計數超過預設脈波數時，單向計數器202311溢位並循環計數。
圖2F係根據本發明之一實施例顯示切換式電源供應器之控制電路中之等效電容調整電路之電路示意圖。如圖2F所示，等效電容調整電路2024包括計數器20241，用以於調整致能訊號Sen切換為致能位準時，累積計數並調整等效電容調整訊號QGATE<3：0>一預設單位，以調整與相位節點LX耦接之複數電容器的數量。圖2H係根據本發明之一實施例顯示切換式電 源供應器之控制電路中之等效電容調整電路之計數器之電路方塊圖。如圖2H所示，於一實施例中，計數器20241包括單向計數器202411，用以於調整致能訊號Sen切換為致能位準時，單向累積計數等效電容調整訊號QGATE<3：0>，以對應調整與相位節點LX耦接之複數電容器的數量。單向計數器202411單向累積計數至預設計數限制時，單向計數器202411溢位並循環計數。
圖3A至圖3K顯示本發明可應用於切換式電源供應器之多種實施例。圖2A之功率級電路201可配置為圖3A~圖3K所示之功率級電路拓樸中任一者，例如降壓型功率級電路、升壓型功率級電路、升降壓型功率級電路、反相升降壓型功率級電路以及返馳式功率級電路。
圖4係根據本發明之實施例顯示圖2A之切換式電源供應器之相關訊號之訊號波形示意圖。相位節點電壓Vlx、預設閾值電壓Vlx_ref、比較訊號Lx_lo、脈寬調變訊號NGATE、致能與保持訊號Lx_lolb係顯示於圖4中。請同時參照圖4、圖2D及圖2E，於時點t1時，當比較訊號Lx_lo及脈寬調變訊號NGATE均處於致能位準時，表示於電感激磁起始時點相位節點電壓Vlx低於預設閾值電壓Vlx_ref，故致能與保持訊號Lx_lolb轉為禁能位準，使得電容調整程序電路2023不進行電容調整程序。
需說明的是，在時點t1之後，且脈寬調變訊號NGATE處於致能位準時，表示功率開關QL導通，電感L處於激磁狀態，控制電路202不進行電容調整程序，也不判斷等效電容調整程序是否處於致能狀態，此時等效電容Ceq與電感L並不組成諧振電路，也不發生諧振；因此，相位節 點LX上之相位節點電壓Vlx也不為準諧振訊號如圖4相位節點電壓Vlx之訊號波形示意圖所示。
繼續參閱圖4，於時點t2時，當比較訊號Lx_lo處於禁能位準且脈寬調變訊號NGATE處於致能位準時，表示於電感激磁起始時點相位節點電壓Vlx超過例如高於預設閾值電壓Vlx_ref，故致能與保持訊號Lx_lolb轉為致能位準，使得電容調整程序電路2023進行電容調整程序。
需說明的是，在本實施例中，所謂的進行電容調整程序係指電容調整程序電路2023持續進行累計脈寬調變訊號NGATE發生脈波的數量，當電容調整程序電路2023累計脈寬調變訊號NGATE發生脈波的數量超過預設脈波數時，致能等效電容調整電路2024，進而產生等效電容調整訊號QGATE<3：0>予諧振調節器203，以使諧振調節器203改變與相位節點LX耦接的電容器C1~C4的數量，進而改變相位節點LX的等效電容Ceq，使得相位節點電壓Vlx於等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點降低，使得導通功率開關QL時的切換損耗Ploss降低。
圖5係根據本發明之實施例顯示圖2A之切換式電源供應器之相關訊號之訊號波形示意圖。致能與保持訊號Lx_lolb、脈寬調變訊號NGATE、程序訊號QCOUNT<3：0>、等效電容調整訊號QGATE<3：0>係顯示於圖5中。請同時參照圖5及圖2E，當Lx_lolb處於致能位準時，計數電路20231開始計數脈寬調變訊號NGATEi之脈波，當程序訊號QCOUNT<3：0>由0計數超過預設脈波數例如15時，計數器20241會累積計數例如圖5所示等效電容調整訊號QGATE<3：0>由5累積計數至6，藉此對應調整與相位節點LX耦接之複數電容器的數量至例如6個電容器。
需說明的是，程序訊號QCOUNT<3：0>與等效電容調整訊號QGATE<3：0>例如但不限於以二進位數字表示，在本實施例中，程序訊號QCOUNT<3：0>與等效電容調整訊號QGATE<3：0>例如為4位元的二進位數字。程序訊號QCOUNT<3：0>為計數脈寬調變訊號NGATEi之脈波數，而等效電容調整訊號QGATE<3：0>則為累積計數與相位節點LX耦接之複數電容器的數量。
圖6係根據本發明之一實施例顯示本發明之切換式電源供應器之輕載效率對下橋開關導通時之相位節點電壓及習知之切換式電源供應器之輕載效率對下橋開關導通時之相位節點電壓的關係圖。圖7係根據本發明之一實施例顯示在不同的負載電流下本發明之切換式電源供應器之輕載效率與下橋開關導通時之相位節點電壓及習知之切換式電源供應器之輕載效率與下橋開關導通時之相位節點電壓的列表。參照圖6及圖7可知，在相同負載電流下，採用本發明之輕載效率相對於習知技術之輕載效率較為高，且本發明之下橋開關導通時之相位節點電壓Vlx相對於習知技術之下橋開關導通時之相位節點電壓Vlx較為低。
綜上所述，本發明可藉由判斷相位節點電壓是否超過預設閾值電壓並於相位節點電壓超過預設閾值電壓時調整等效電容，以調整準諧振期間的諧振頻率並使相位節點電壓低於預設閾值電壓，藉此使切換頻率得以保持在固定頻率且又可達到較佳之輕載效率，而達到定頻且又同時有較佳的輕載效率。
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，舉例 而言，兩個或以上之實施例可以組合運用，而一實施例中之部分組成亦可用以取代另一實施例中對應之組成部件。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。
20:切換式電源供應器
201:功率級電路
202:控制電路
2021:比較電路
2022:判斷電路
2023:電容調整程序電路
2024:等效電容調整電路
203:諧振調節器
Ceq:等效電容
L:電感
LX:相位節點
Lx_lo:比較訊號
Lx_lolb:致能與保持訊號
NGATE,NGATEi:脈寬調變訊號
POR:電源啟動重置
QCOUNT<3：0>:程序訊號
QGATE<3：0>:等效電容調整訊號
QH,QL:功率開關
VCC:電源
Vin:輸入電壓
Vlx:相位節點電壓
Vlx_ref:預設閾值電壓
Vout:輸出電壓

Claims (23)

  1. 一種切換式電源供應器，包含：一功率級電路，用以根據一脈寬調變訊號，控制其中一功率開關，而切換耦接於一相位節點之一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓；以及一控制電路，用以於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，而決定一等效電容調整程序於一致能狀態，進而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓；其中該控制電路於該電感激磁起始時點，當該相位節點電壓超過一預設閾值電壓時，決定該等效電容調整程序於該致能狀態，而調整該相位節點上之該等效電容；其中該控制電路調整該相位節點上之該等效電容，以於一穩定狀態下之該電感激磁起始時點，將該相位節點電壓調整至不超過該預設閾值電壓。
  2. 如請求項1所述之切換式電源供應器，其中該控制電路於該等效電容調整程序轉為該致能狀態後，並保持一持續期間後，調整該等效電容。
  3. 如請求項2所述之切換式電源供應器，其中該控制電路於該等效電容調整程序為該致能狀態時，計數該脈寬調變訊號之脈波，於該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，示意該等效電容調整程序已保持了該持續期間。
  4. 如請求項1所述之切換式電源供應器，其中該控制電路包括： 一比較電路，用以比較該相位節點電壓與該預設閾值電壓，而產生一比較訊號；一判斷電路，用以根據該比較訊號與該脈寬調變訊號，於該電感激磁起始時點，判斷該相位節點上之該相位節點電壓超過該預設閾值電壓時，產生一致能與保持訊號；一電容調整程序電路，用以根據該致能與保持訊號與該脈寬調變訊號，進行該等效電容調整程序，而產生一程序訊號；以及一等效電容調整電路，用以根據該程序訊號，產生一等效電容調整訊號。
  5. 如請求項4所述之切換式電源供應器，更包含一諧振調節器，其中該諧振調節器與該相位節點耦接，且包括一電容陣列，該電容陣列具有複數電容器，該諧振調節器於該等效電容調整程序中，根據該等效電容調整訊號，決定與該相位節點耦接之該電容器的數量，以調整該相位節點上之該等效電容。
  6. 如請求項5所述之切換式電源供應器，其中該電容陣列中之該複數電容器的一最大總合電容值及/或一電容解析度，相關於該預設閾值電壓。
  7. 如請求項5所述之切換式電源供應器，其中該電容調整程序電路包括一第一計數電路，用以根據該致能與保持訊號，而計數該脈寬調變訊號之脈波，以產生該程序訊號。
  8. 如請求項7所述之切換式電源供應器，其中該電容調整程序電路更包括一邏輯電路，用以於該程序訊號示意該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，產生一調整致能訊號，以致能該等效電容調整電路，進而產生該等效電容調整訊號。
  9. 如請求項8所述之切換式電源供應器，其中該等效電容調整電路包括一第二計數器，用以於該調整致能訊號切換為一致能位準時，累積計數並調整該等效電容調整訊號一預設單位，以調整與該相位節點耦接之該複數電容器的數量。
  10. 如請求項8所述之切換式電源供應器，其中該第一計數電路包括一第一單向計數器，用以根據該致能與保持訊號，而單向計數該脈寬調變訊號之脈波，其中該程序訊號示意該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，該邏輯電路產生該調整致能訊號。
  11. 如請求項10所述之切換式電源供應器，其中該第一單向計數器計數達到該程序訊號示意該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，該第一單向計數器溢位並循環計數。
  12. 如請求項9所述之切換式電源供應器，其中該第二計數器包括一第二單向計數器，用以於該調整致能訊號切換為該致能位準時，單向累積計數該等效電容調整訊號，以對應調整與該相位節點耦接之該複數電容器的數量。
  13. 如請求項12所述之切換式電源供應器，其中該第二單向計數器單向累積計數至一預設計數限制時，該第二單向計數器溢位並循環計數。
  14. 如請求項2所述之切換式電源供應器，其中該持續期間相關於該切換式電源供應器之一控制迴路頻寬及/或該等效電容調整程序之一穩定度。
  15. 一種控制方法，用以控制一切換式電源供應器，該切換式電源供應器包括一功率級電路，用以根據一脈寬調變訊號，控制其中一功率 開關，而切換耦接於一相位節點之一電感，以將一輸入電壓轉換為一輸出電壓，該控制方法包含：於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，決定一等效電容調整程序於一致能狀態；以及根據該等效電容調整程序，而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓；其中該於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，決定一等效電容調整程序於一致能狀態之步驟包括：於該電感激磁起始時點，當該相位節點電壓超過一預設閾值電壓時，決定該等效電容調整程序於該致能狀態；其中該根據該等效電容調整程序，而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓之步驟更包括：調整該相位節點上之該等效電容，以於一穩定狀態下之該電感激磁起始時點，將該相位節點電壓調整至不超過該預設閾值電壓。
  16. 如請求項15所述之控制方法，其中該根據該等效電容調整程序，而調整該相位節點上之一等效電容，以於該等效電容調整程序後之另一電感激磁起始時點，降低該功率開關之一跨壓之步驟更包括：於該等效電容調整程序轉為該致能狀態後，並保持一持續期間後，調整該等效電容。
  17. 如請求項16所述之控制方法，其中於該等效電容調整程序為該致能狀態時，計數該脈寬調變訊號之脈波，於該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，示意該等效電容調整程序已保持了該持續期間。
  18. 如請求項17所述之控制方法，其中該計數該脈寬調變訊號之脈波，於該脈寬調變訊號之脈波計數超過一預設脈波數時，示意該等效電容調整程序已保持了該持續期間之步驟，包括：單向計數該脈寬調變訊號之脈波，且計數達到該脈寬調變訊號之脈波計數超過該預設脈波數時，溢位並循環計數。
  19. 如請求項15所述之控制方法，其中該於一不連續導通模式(discontinuous conduction mode,DCM)中，根據一電感激磁起始時點該相位節點上之一相位節點電壓，決定一等效電容調整程序於一致能狀態之步驟包括：比較該相位節點電壓與該預設閾值電壓，而產生一比較訊號；根據該比較訊號與該脈寬調變訊號，於該電感激磁起始時點，判斷該相位節點上之該相位節點電壓超過該預設閾值電壓時，產生一致能與保持訊號；根據該致能與保持訊號與該脈寬調變訊號，進行該等效電容調整程序，而產生一程序訊號；以及根據該程序訊號，產生一等效電容調整訊號。
  20. 如請求項19所述之控制方法，更包含：於該等效電容調整程序中，根據該等效電容調整訊號，決定與該相位節點耦接之一電容器的數量，以調整該相位節點上之該等效電容。
  21. 如請求項20所述之控制方法，其中該電容器的一最大總合電容值及/或一電容解析度，相關於該預設閾值電壓。
  22. 如請求項16所述之控制方法，其中該持續期間相關於該切換式電源供應器之一控制迴路頻寬及/或該等效電容調整程序之一穩定度。
  23. 如請求項19所述之控制方法，其中該根據該程序訊號，產生一等效電容調整訊號之步驟，包括：單向累積計數該等效電容調整訊號，以對應調整與該相位節點耦接之該電容器的數量，並於單向累積計數至一預設計數限制時，溢位並循環計數。
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