[发明专利]降低切换式电源供应器中之切换震荡的方法与电路

说明书

技术领域

本发明涉及一种切换式电源供应器(switching regulator)的控制方法与电路，特别是指一种降低切换式电源供应器中之切换震荡的方法与电路。

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，透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”是指完全导通；“关闭”是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I_L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Phase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，是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)。该案之电路概念大致如图6所示，其中侦测代表电感电流的讯号，并在电流比较器ICP中加以比较，其比较结果与脉宽调变控制电路10的输出经逻辑运算后，决定是否开启或关闭晶体管Q2。

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Phase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I_L在零值附近微幅震荡，而此时节点Phase处的电压V_PH呈受阻之简谐震荡(damped simple harmonic motion)波形。在该高频震荡期间，电路未能进入稳定状态，且将产生所不欲之EMI噪声，并不理想，故宜缩短之。

有鉴于此，本发明即针对上述现有技术之不足，提出一种能够解决上述问题的切换式电源供应器，以及其控制电路与方法。

发明内容

本发明之第一目的在于提供一种切换式电源供应器，其与同步切换式电源供应器相较，具有节省能耗的优点，但与图5至图7所示的现有技术作法相比，则能够大幅缩短震荡期间。

本发明之第二目的在于提供一种用以控制切换式电源供应器之控制方法。

为达上述之目的，在本发明的其中一个实施例中，提供了一种切换式电源供应器，包含：第一晶体管、第二晶体管、与电感器，相互电连接于一共同节点；脉宽调变控制电路，用以产生脉宽调变讯号；运算放大器，将该共同节点电压，与一参考电压相比较；以及多路电路，其第一输入为该运算放大器之输出，第二输入为该脉宽调变控制电路之输出，此多路电路根据该电感器上的电流，决定选择其输入之一；多路电路的输出控制第二晶体管的栅极。