[发明专利]切换式电源供应器及其控制电路与方法无效
申请号: | 200610141511.0 | 申请日: | 2006-09-28 |
公开(公告)号: | CN101154888A | 公开(公告)日: | 2008-04-02 |
发明(设计)人: | 龚能辉;朱冠任 | 申请(专利权)人: | 立锜科技股份有限公司 |
主分类号: | H02M3/156 | 分类号: | H02M3/156;H02M3/158 |
代理公司: | 中原信达知识产权代理有限责任公司 | 代理人: | 谢丽娜;陈肖梅 |
地址: | 中国台湾新*** | 国省代码: | 中国台湾;71 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 切换 电源 供应 及其 控制电路 方法 | ||
技术领域
本发明涉及一种切换式电源供应器(switching regulator)及其控制电路与方法,特别是指一种具有高效率又能够降低电磁波干扰(EMI,Electro-Magnetic Interference)的切换式电源供应器,以及其控制电路与方法。
背景技术
常用的切换式电源供应器包括降压型(Buck)、升压型(Booster)与反压型(Inverter)三种。首先就降压型切换式电源供应器来加以说明,其电路结构大致如图1所示,降压型切换式电源供应器1包含有两个晶体管开关Q1、Q2,通过脉宽调变控制电路10来控制此两晶体管Q1、Q2的开与关,藉以控制电感L上的电流量与方向,以将电能传送给输出端OUT。脉宽调变控制电路10接收从输出端萃取出来的反馈电压,与一个参考电压Vref相比较,以决定如何控制切换两晶体管Q1、Q2。
现有技术中,早期的切换式电源供应器,其两晶体管Q1、Q2的开关时间是完全互补的,又称为同步切换式电源供应器,亦即如图2所示,当晶体管Q1开启时,晶体管Q2即关闭;当晶体管Q2开启时,晶体管Q1即关闭。(本说明书中,「开启」指完全导通;「关闭」指不考虑漏电流的情况下,为完全不导通。)在此种安排下,其对应之电感电流量IL与方向如图中第三个波形所示,当晶体管Q1开启、晶体管Q2关闭时,因输入端IN的电压大于输出端OUT的电压,电流往输出端OUT流动(图中以+表示往输出端方向),且流量不断增加;而当晶体管Q2开启、晶体管Q1关闭时,因电感左方节点Lx的电位下降为接近0,输出端OUT的电压大于此节点的电压,电流趋势于是改变,先是流量减少,接着改往反方向流动(图中以-表示反方向)。
图3与图4分别示出升压型切换式电源供应器2与反压型切换式电源供应器3,其操作方式与前述类似,同样是由脉宽调变控制电路10根据反馈电压与参考电压Vref的比较结果,决定如何切换两晶体管Q1、Q2,来控制输出端OUT的电压。其详细电路操作方式为本技术领域者所熟知,在此不予赘述。
请回阅图1与图2,此种同步切换两晶体管Q1、Q2的安排方式,其缺点在于,当电感电流方向由正转负时,表示电流由输出端OUT,通过电感L和晶体管Q2的路径而接地流失,亦即会损失输出端OUT能量。
因此,在现有技术之美国专利第6,580,258号案中,提出一种作法,其主要概念如图5所示,通过适当控制晶体管Q1、Q2,使得当电感电流方向将要由正转负时,即关闭晶体管Q2,如此即不致有能量从输出端OUT流失,可减少不必要的耗损。如图中所示,晶体管Q1、Q2有一段同时关闭的时间T,称为睡眠模式(sleep mode)。
然而,此种现有技术的作法有其缺点。当晶体管Q1、Q2同时关闭而进入睡眠模式时,其实际在电感L上的电流与节点Lx处的电压,并非很理想的波形,而是如图7所示,当晶体管Q1、Q2同时关闭时,电感L电流IL在零值附近微幅震荡,而此时节点Lx处的电压VLx呈受阻之简谐震荡(damped simple harmonic motion)波形。此因如图6所示,在实际状态中,电感L上有一个串联的寄生电阻Rpa,而在晶体管Q2上有一个并联的寄生电容Cpa。因此,假设电感L之电感值、寄生电阻Rpa之电阻值、与寄生电容Cpa的电容值分别为L、Rpa、Cpa,则节点Lx处的电压VLx事实上等于:
VLx=(VOUT/LCpa)×{1/[S2+S(Rpa/L)+1/LCpa]}
其中,VLx为节点Lx处的电压,VOUT为输出端OUT的电压,S为自时间域转换至频率域的常用转换变量。
由上式所表示的电压VLx,是一个高频震荡波形,其角频率ω0和震荡质量Q(damping quality)分别等于
ω0=1/(LCpa)1/2
Q=L1/2/[Rpa(Cpa1/2)]
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