[发明专利]改善轻载效能的切换式电源供应器及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种切换式电源供应器，具体地说，是一种改善轻载效 能的切换式电源供应器及其方法。

背景技术

由于耦合电感能降低相电流的涟波、减小电感尺寸及功率开关电流压 力，因此在一些多相切换式电源供应器中使用耦合电感取代非耦合电感。 图1是已知的具有耦合电感的二相降压切换式电源供应器10，其中输出级 12包括晶体管122及124串联在电压Vin及接地端GND之间，控制信号 V11及V12控制晶体管122及124的切换而产生相电流I1经耦合电感L1 至切换式电源供应器10的输出，输出级14包括晶体管142及144串联在 电压Vin及接地端GND之间，控制信号V21及V22控制晶体管142及144 的切换而产生相电流I2经耦合电感L2至切换式电源供应器10的输出， 相电流I1及I2结合产生电流Io对电容Co充电产生电压Vo给负载R，其 中耦合电感L1及L2之间具有耦合效应，M为耦合电感L1及L2的相互感 值(mutual inductance)。当负载R为重载时，电源供应器10操作在连续 导通模式(Continuous Conduction Mode；CCM)，当负载R为轻载时，电 源供应器10操作在不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode； DCM)。

虽然具有耦合电感的电源供应器10具有前述的优点，但是，也产生 更轻载效能问题，而此一问题的根本原因在于具有耦合电感的电源供应器 有两种DCM，在此将其分别称为DCMI及DCMII。图2显示图1中电源供应 器10操作在DCMI时相电流I1及I2及控制信号V11及V21的波形图，其 中波形20为控制信号V11，波形22为控制信号V21，波形24为相电流I1， 波形26为相电流I2。图3显示图1中电源供应器10操作在DCMII时相电 流I1及I2及控制信号V11及V21的波形图，其中波形30为控制信号V11， 波形32为控制信号V21，波形34为相电流I1，波形36为相电流I2，波 形38为相电流I1，波形39为相电流I2。当负载R由重载转为轻载后， 负载R上的负载电流将逐渐下降，因此电源供应器10将由CCM进入DCM  I，参照图2，在时间t0时，控制信号V11转为高准位，故相电流I1上 升，在时间t1时，控制信号V11转为低准位，故相电流I1开始下降，在 时间t2时，控制信号V21转为高准位，故相电流I2上升，由于电感L1 及L2之间的耦合效应，因此相电流I1将被带动上升而出现小尖波(little  spike)，在时间t3时，控制信号V21转为低准位，故相电流I1再次下降， 在时间t4时，相电流I1降至0点。当负载电流进一步下降时，电源供应 器10将进入DCMII，参照图3，在时间T0时，控制信号V11转为高准位， 故相电流I1上升，在时间T1时，控制信号V11转为低准位，故相电流I1 开始下降，在时间T2时，相电流I1降低至0点，接着在时间T3时，控 制信号V21转为高准位，同样的，由于电感L1及L2之间的耦合效应，相 电流I1被带动上升而出现小尖波，在时间T4时，控制信号V21转为低准 位，故相电流I1下降，直至时间T5时，相电流I1再次降至0点。由图2 及图3的波形可以看出，DCMI及DCMII的主要差别在于，DCMI中的相电 流I1在控制信号V11的每一个周期中只接触到0点一次，而DCMII中的相 电流I1在控制信号V11的每一个周期中接触到0点二次。

为了避免相电流I1变为负值，因此当相电流I1降低至0时，晶体管 124将关闭(turn off)，但是在DCMII中，晶体管124在关闭后将因耦合 效所造成的尖波而再进行一次额外的开/关动作，这将造成额外的能量损 失，假如强迫晶体管124不进行该额外的动作，也将因寄生二极管(body  diode)导通损失而降低效能。不管晶体管124是否进行额外的动作，具有 耦合电感的电源供应器10的效能都比无耦合电感的电源供应器低。