[发明专利]驱动控制器与电源转换电路及随负载调变驱动电压的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种驱动控制器及其调变驱动电压的方法，一种通过侦测负载变化量进而调变驱动控制器的驱动电压的驱动控制器及其调变驱动电压的方法。

背景技术

电源供应器一般来说可以分为线性式电源供应器(Linear PowerSupply)以及交换式电源供应器(Switched Mode Power Supply，SMPS)，其中交换式电源供应器相较于线性式电源供应器具有体积小、重量轻、效率高的好处，有助于相关联的电子产品的轻量化以及小型化，因此目前交换式电源供应器的设计便广泛的应用于各式的电子产品之中。

如图1中所示，就是一种典型的同步整流降压型直流/直流转换器(SR Buck DC to DC Converter)，其中包含有脉宽调变驱动单元10、晶体管Q1和Q2、电感L、以及电容C，其通过脉宽调变驱动单元10所提供的驱动电压来导通或截止晶体管Q1和Q2，并借助于调整驱动电压的工作周期(Duty Cycle)变更晶体管Q1和Q2的导通或截止时间的长短，以将直流输入电压Vin降压成较低电压的直流输出电压Vout，达到将高电压调整到所需的较低电压的目的。

但不管是何种种类的电源转换器，在电路设计以及各个电子元件使用的考虑上，都要考虑到能量的损耗。一般有关于晶体管所造成的损耗，主要有开关损耗(switching loss)以及传导损耗(conduction loss)两大部份，而随着电源转换器负载(load)的轻重，开关损耗与传导损耗所占的比例也会不同。

请参照图2，为晶体管从截止到导通(也就是turn on)期间，晶体管两端的电压以及通过晶体管的电流的变化示意图，此时波形21代表的是晶体管源极(source)和漏极(drain)两端的电压，波形22代表的是通过晶体管的电流。晶体管从截止到导通，因为在实际情况下会有寄生电容，因此无法很理想的在一瞬间就使电流完全流通并将电压下降到零，总会有一段过渡期(也就是图2中波形21和22斜坡的部份)，这一段过渡期就会造成所谓的开关损耗。波形21和波形22底下重迭的面积，即代表了开关损耗的大小。而在晶体管从导通到截止(也就是turn off)期间，其原理也相同。

简单来说，电源转换器于轻载(light load)的情况下时，流经晶体管的电流小。传导损耗与流经电流的平方以及导通电阻(Ron)成正比，因此也较小，不是影响效率的主因。此时考虑重点为开关损耗的值。相对而言，电源转换器于重载(heavy load)的情况下时，流经晶体管的电流增大，因此传导损耗增大，影响效率的提升。此时，晶体管的开关损耗相对而言就小得多，所以设计上考虑的重点便为传导损耗。

请参照图3A，其为驱动电压Vgs与晶体管导通电阻(Ron)的关系曲线图，以及图3B，其为驱动电压Vgs与晶体管栅极电荷Qg的关系曲线图。当晶体管运作于驱动电压Vgs较高的情况下，晶体管的导通电阻会较低，但栅极电荷Qg(gate charge)却增大许多。因为晶体管传导损耗与导通电阻成正比，所以在高驱动电压Vgs的状况下，晶体管会有较小的传导损耗，但是此时栅极电荷Qg大，就代表着晶体管状态转换(turn on或turn off)的过渡期会拖得越长，因此开关损耗就增加了。相反地，当晶体管运作在驱动电压Vgs较小的情况下，可获得较低的栅极电荷Qg，但是导通电阻却会升高。

而目前大多数供应晶体管驱动电压Vgs的控制器多采固定电压驱动，无法随着负载的变动而调变其所供应的驱动电压的高低，进而造成整体能量功率一些不必要的损耗。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题在于，在晶体管的驱动控制端加入调变驱动电压的机制，依据电源转换器负载的轻重，来改变驱动控制单元提供的驱动电压的高低，让晶体管能在高效率的状态下操作，使其所造成的功率耗损减少，提升电源转换器整体的运作效率。

为了达到上述目的，根据本发明的一方案，提供一种驱动控制器，应用于包含有至少一晶体管的一电源转换单元。该驱动控制器具有一驱动控制单元以及一电压调变单元，其中驱动控制单元耦接于电源转换单元，用来提供至少一驱动信号，而电压调变单元则耦接于电源转换单元以及驱动控制单元，用来将驱动信号转换为至少一驱动电压以驱动晶体管，且电压调变单元仍由电源转换单元接收其一负载参数值，依据负载参数值来调变驱动电压的电平。