切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法

专利名称：切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法
技术领域：
本发明涉及一种切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法，特别是指一种可 控制使其操作模式操作于或接近于边界导通模式(Boundary Conduction Mode, BCM)的 切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法。
背景技术：
图1显示现有技术的切换式电源供应器电路图，其中PWM控制器11控制功率级 12中至少一个功率晶体管以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。功率级12可为但不限 于同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型转换电路，如图2A-2H所示。回 到图1，回授电路13产生与输出电压Vout相关的回授讯号并将此回授讯号输入PWM控 制器11，以使PWM控制器11可控制功率级12以调节输出电压Vout或输出电流Iout至 欲达到的目标。图3显示切换式电源供应器产生两输出电压第一输出电压Voutl与第二输出电 压Vout2，并有两回授电路第一回授电路13A及第二回授电路13B。功率级12在本图 中可为但不限于同步或异步的升反压型转换电路，如图4A及4B所示。图5A-5C显示切换式电源供应器的三种操作模式讯号波形图，其以图2D的异步 升压型切换式电源供应器为例。如图5A所示，在连续导通模式(Continuous Conduction Mode, CCM)中，功率开关在电感电流I(L)降至零以前导通。如此会引起较大的开关 切换损失以及较高的电磁干扰(electro-magnetic interferences，EMI)，特别是在高电压应 用中。而在不连续导通模式(Discontinuous Conduction Mode，DCM)中，如图5C所示， 为供应所需的功率至输出端，需要较高的峰值电流，且因而需要具有较高额定电流的功 率开关，如此会造成较高的导通功率损失。因此，在许多的应用情况中，切换式电源供应器操作于如图5B所示的边界导通 模式(BCM)是最佳的模式。有鉴于此，本发明即针对上述现有技术的不足，提出一种切换式电源供应器及 其驱动电路与控制方法，以使切换式电源供应器操作于BCM。

发明内容
本发明目的之一在于克服现有技术的不足与缺陷，提出一种可受控操作于边界 导通模式的切换式电源供应器。本发明的另一目的在于，提出一种上述切换式电源供应器的驱动电路。本发明的又一目的在于，提出一种上述切换式电源供应器的控制方法。为达上述目的，就其中一个观点言，本发明提供了一种切换式电源供应器，用 以将输入电压转换为输出电压，其可操作于连续导通模式(continuous conduction mode， CCM)、不连续导通模式(discontinuousconductionmode，DCM)、或两者之间的边界导 通模式(bcmndaryconduction mode，BCM)，所述切换式电源供应器包含功率级，其根据一脉宽调变(pulse width modulation，PWM)讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入
电压转换为输出电压；模式侦测电路，与该功率级耦接，以侦测该切换式电源供应器的 操作模式，并产生一模式讯号；回授电路，根据该输出电压产生一回授讯号；控制讯号 产生电路，根据该模式讯号产生一控制讯号；以及PWM控制器，根据该回授讯号产生 该PWM讯号，并根据该控制讯号而调整该PWM讯号的导通时间(On-time)、关闭时间 (Off-time)、或频率，以使切换式电源供应器的操作模式可趋近于BCM。上述切换式电 源供应器中，当该切换式电源供应器操作于DCM时，该控制讯号减少该PWM讯号的导 通时间、减少其关闭时间、或增加其频率；当该切换式电源供应器操作于CCM时，该控 制讯号增加PWM讯号导通时间、增加其关闭时间、或降低其频率，以使切换式电源供应 器的操作模式可操作于或接近于BCM。就另一 个观点言，本发明提供了一种切换式电源供应器驱动电路，该切换式 电源供应器通过至少一个功率晶体管的切换以将输入电压转换为输出电压，其可操作 于连续导通模式(continuous conduction mode, CCM) > 不连续导通模式(discontinuous conduction mode, DCM)、或两者之间的边界导通模式(boundary conduction mode, BCM),该切换式电源供应器驱动电路包含模式侦测电路，与该切换式电源供应器的 功率级耦接，以侦测该电源供应器的操作模式，并产生一模式讯号；控制讯号产生电 路，根据该模式讯号产生一控制讯号；以及PWM控制电路，根据与该输出电压相关的 一回授讯号而产生一PWM讯号以控制该输入电压与输出电压间的转换，并根据该控制讯 号而调整该PWM讯号的导通时间(On-time)、关闭时间(Off-time)、或频率，以使切换 式电源供应器的操作模式可趋近于BCM。上述切换式电源供应器驱动电路中，当该切换 式电源供应器操作于DCM时，该控制讯号减少该PWM讯号的导通时间、减少其关闭时 间、或增加其频率；当该切换式电源供应器操作于CCM时，该控制讯号增加PWM讯号 的导通时间、增加其关闭时间、或降低其频率，以使切换式电源供应器的操作模式可操 作于或接近于BCM。上述切换式电源供应器或其驱动电路中，该功率晶体管连接在一固定电位与一 变换电位节点之间，且该模式侦测电路可根据该变换电位节点的电压，以判断该切换式 电源供应器是否操作于DCM。在其中一种实施型态中，该模式侦测电路包含低通滤波器，其接收该变换电 位节点的电压，并过滤该节点电压而产生一滤波讯号，以及DCM侦测电路，其侦测该滤 波讯号是否具有DCM特征而产生前述模式讯号。该模式侦测电路可更包含一去除干扰电路，与该门电路耦接，以去除干扰。上述切换式电源供应器或其驱动电路中，该PWM控制器可包含一震荡器 (oscillator),其根据该控制讯号以决定其震荡频率。或是在另一种实施型态中，该PWM 控制器包含一导通时间(ON-time)定时器或一关闭时间(OFF-time)定时器，其根据该控 制讯号决定PWM讯号的导通时间及关闭时间。上述切换式电源供应器或其驱动电路中，该控制讯号产生电路可包含电容； 充放电电路，根据该模式讯号而对该电容进行充放电；晶体管，其具有受控端、电流流 入端、与电流流出端，该受控端受控于电容的电压而在该电流流入端产生一电流；以 及电阻，与该电流流出端连接，其中该控制讯号为该电流流入端电流或该电流流出端电压。在另一种实施型态中，该控制讯号产生电路包含一上下计数电路，接收一时脉讯号并根据该模式讯号上下计数，以产生一计数值。该控制讯号产生电路可更包含一数 字模拟转换电路，转换该计数值为模拟讯号成为所述控制讯号。就再另一个观点言，本发明提供了一种切换式电源供应器控制方法，该切换式 电源供应器根据至少一个功率晶体管的切换而将输入电压转换为输出电压，该切换式电 源供应器可操作于连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)、不连续导通模式 (discontinuousconduction mode, DCM)、或两者之I、司的边界导通模式(boundaryconduction mode, BCM)，该操作切换式电源供应器控制方法包含侦测该切换式电源供应器的操 作模式，并产生一模式讯号；根据该模式讯号，产生一控制讯号；以及根据该控制讯号 而调整该功率晶体管的导通时间(On-time)、关闭时间(Off-time)或切换频率，使得切换 式电源供应器的操作模式可趋近于BCM。上述切换式电源供应器控制方法可更包含在一般状况下使该切换式电源供应 器操作于或接近于BCM，但在以下状况的任一者或两者以上时则否(1)当该切换式 电源供应器的输出电流达于一上限值时；(2)当该功率晶体管的切换频率达于一上限值 时；(3)当该功率晶体管的切换频率达于一下限值时；或(4)当该切换式电源供应器的输 出电流低于一下限值时。上述切换式电源供应器控制方法可更包含提供两种或两种以上的控制模式， 其中一种控制模式使该切换式电源供应器操作于或接近于BCM ；以及选择其中一种作为 该切换式电源供应器的控制模式。下面通过具体实施例详加说明，当更容易了解本发明的目的、技术内容、特点 及其所达成的功效。


图1显示现有技术的切换式电源供应器电路图；图2A-2H标出同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型转换电路；图3显示现有技术的切换式电源供应器产生两输出电压Voutl与Vout2并有两回 授控制电路；图4A-4B显示同步或异步的升反压型转换电路；图5A-5C显示切换式电源供应器的三种操作模式讯号波形图；图6显示本发明的一个实施例；图7显示控制讯号产生电路16的一个实施例；图8显示控制讯号产生电路16的另一个实施例；图9显示CCM与DCM讯号波形的其中一个例子；图10A显示低通滤波器142示意图；图10B显示低通滤波器142的一个实施例电路图；图11分别显示在CCM与DCM中V(SW)讯号经过滤波后的讯号波形；图12显示模式侦测电路14的一种实施例；图13显示DCM侦测电路144的一种实施例；
图14显示图13电路在CCM/BCM及DCM下的讯号波形；图15显示图7实施例电路如何运作；图16显示本发明的另一个实施例；图17-21显示本发明的切换式电源供应器不限于只能操作于BCM，而可操作于 混合控制模式，图中显示负载(输出)电流与切换频率之间的关系曲线图；图22显示本发明的切换式电源供应器可操作于双控制模式。
图中符号说明11 PWM 控制器12功率级13回授电路14模式侦测电路16控制讯号产生电路18遮蔽电路100驱动电路110 BCM控制电路112震荡器114导通时间定时器或关闭时间定时器142低通滤波器LPF144 DCM侦测电路162充放电电路166上下计数器168数字模拟转换器DAC1441 比较器1442 与门1443去除干扰电路C 电容CS1，CS2 电流源DCM_Y模式讯号Det_Out比较器输出讯号FC控制讯号FC(I)集极电流FC(V)射极电压Iout输出电流Il第一定电流12第二定电流I(L)电感电流Iref电流上限值OCP过电流保护讯号Q晶体管
R 电阻VB基极电压Vdet参考电压Vin输入电压Vout输出电压Voutl第一输出电压Vout2第二输出电压 V(Gate)栅极电压V(SW)节点 SW 电压V(SW_LPF)滤波后讯号
具体实施例方式本发明的主要技术思想是侦测切换式电源供应器的操作模式并控制使其操作于 或接近于BCM，以降低开关切换损失以及电磁干扰；且不需要具有较高额定电流的功率 开关，以降低导通功率损失。请参阅图6，显示本发明的一个实施例。如图6所示，本发明的切换式电源供应 器包含驱动电路100、功率级12和回授电路13。驱动电路100中包含PWM控制器11， 其控制功率级12中至少一个功率晶体管，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。回授 电路13产生与输出电压Vout相关的回授讯号并将此回授讯号输入PWM控制器11，以使 PWM控制器11可控制功率级12，调节输出电压Vout或输出电流Iout至欲达到的目标。 根据本发明，PWM控制器11所输出的PWM讯号的脉宽(导通脉宽或关闭脉宽)与频率 皆可调整(可择一或都加以调整)，以使切换式电源供应器得操作于或接近于BCM，其调 整控制方式将于下文中说明。本发明的特点之一是驱动电路100中还包含BCM控制电路110，BCM控制电路 110中包含模式侦测电路14与控制讯号产生电路16。模式侦测电路14侦测切换式电源 供应器操作的模式，并产生模式讯号DCM_Y，模式讯号示目前切换式电源供 应器操作于DCM或CCM。控制讯号产生电路16接收此模式讯号DCM_Y，并产生控制 讯号FC以控制PWM控制器11中，震荡器112的频率。震荡器112可以是可由电压控 制调整频率的震荡器，或是可由电流控制调整频率的震荡器；控制讯号FC可对应的为电 压讯号或电流讯号。(电压控制震荡器与电流控制震荡器皆为已知的电路，故不赘予绘 示说明。)参考图5A-5C，如图5A所示，当切换式电源供应器操作于CCM时，表示功 率开关在电感电流I(L)降至O以前导通，也就是太早导通，或是尚未到达BCM就导通。 因此，若频率调低(周期调长，工作比保持不变)，或是调整增加导通或关闭时间，操作 模式将由CCM转向DCM方向移动。类似地，如图5C所示，当切换式电源供应器操作 于DCM时，表示功率开关太晚导通，也就是超过了 BCM后才导通。因此，若频率调高 (周期调短，工作比保持不变)，或是调整减少导通或关闭时间，操作模式将由DCM转 向CCM方向移动。请参阅图7，显示控制讯号产生电路16的一个实施例。如图所示，控制讯号产 生电路16包含充放电电路162、电容C、晶体管Q、电阻R，其中该晶体管可为双极晶体管(BJT)或金氧半场效晶体管(MOSFET)，本实施例以双极晶体管为例加以说明。充放 电电路162中包含第一电流源CS1、第二电流源CS2及开关电路，其中开关电路根据模式 讯号DCM_Y选择由第一电流源CSl以第一定电流Il对电容C充电或由第二电流源CS2 以第二定电流12对电容C放电，并且Il >>12。根据电容C的充放电，决定晶体管Q 的受控端电压VB(当晶体管Q为BJT时为基极电压，当晶体管Q为MOSFET时为栅极 电压)。本实施例中，由基极电压VB控制晶体管Q所产生的集极电流FC⑴、或射极电 压FC(V)皆可以用来作为控制讯号FC，以控制震荡器112的震荡频率(视震荡器112为 电压控制或电流控制而定)，其中射极电压FC(V)大约为基极电压VB减去0.7V，其中 射极电流FC⑴为晶体管Q的射极电压除以电阻R。如晶体管Q为M0SFET，则其源极 电压或该电压除以电阻R所得的电流值，皆可用来作为控制讯号FC。图8显示控 制讯号产生电路16的另一个实施例。如图所示，上下计数器166根 据模式讯号DCM_Y而向上或向下计数；数字模拟转换器DAC 168将上下计数器166的 计数值，转换为控制讯号FC以控制震荡器112。又或是，在另一实施例中，可将此数字 模拟转换器DAC 168或可达成数字模拟转换的等效电路设置在震荡器112中，在此情况 下，上下计数器166可由其数字输出直接控制震荡器112的频率(亦即此情况下的控制讯 号FC为数字讯号)。切换式电源供应器的模式侦测可以由许多不同的方式来达成，关键是将CCM与 DCM讯号波形间的差异区分出来。举例而言，CCM与DCM讯号波形的其中一个差异可 参考图9。功率级12中的功率晶体管连接在一固定电位与一变换电位节点SW之间(例 如请对照图2D)，此节点SW的电压波形在CCM与DCM下有所不同，可以清楚地分别 区分出来。利用此差异进行模式侦测方式的另一个例子，请参阅图IOA与11，可使讯号 V(SW)通过一个低通滤波器142，产生讯号V(SW_LPF)，此讯号V(SW_LPF)在CCM 与DCM下具有不同行为，仍展现出可鉴别的特征。其中，低通滤波器142的实施例，例 如可以为但不限于为图IOB所示的电路。请参阅图12，模式侦测电路14例如可包括低通滤波器142与DCM侦测电路 144。低通滤波器142接收讯号V(SW)并产生滤波后的讯号V(SW_LPF)。DCM侦测电 路144接收讯号V(SW_LPF)并侦测此讯号中是否包含DCM特征。DCM侦测电路144的 其中一种实施例，可以为如图13所示的电路。请同时参阅图14，图13中的比较器1441 比较讯号V(SW_LPF)与参考电压Vdet，相较于具有CCM特征的讯号V(SW_LPF)，具 有DCM特征的讯号V(SW_LPF)会造成比较器1441输出讯号Det_Out比较早拉至高电 位。因此，模式讯号利用此DCM较早响应的特征来产生。如图所示，显示 其中一种实施例，即为利用栅极电压V(Gate)(请对照图2D)的反相讯号作为遮蔽讯号， 与输出讯号Det_Out输入与门1442。与门1442的输出即如图14所示，可作为模式讯号 DCM_Y。需说明的是，图13所示使用与门1442和栅极电压V(Gate)的反相讯号仅是其 中一个例子，有许多其它的方式可以处理此比较器输出讯号Det_Out，只要能将CCM与 DCM特征的差异确认出来即可达成目的。此外，若有需要，在图13的实施例中，可以 增设去除干扰电路(De-glitch circuit) 1443以过滤讯号中的噪声。此外，经由调整此去除 干扰电路的参数，或是比较器的延迟时间，或是其它等效的方式，设计者可调整模式讯 号DCM_Y的脉波宽度，如此，切换式电源供应器可以不需刚好操作于BCM，而可以稍微偏向DCM或是稍微偏向CCM。图15进一步解释图7实施例电路如何运作。根据图13电路所产生的模式讯号 DCM_Y，如图15所示，因充电电流Il >>放电电流12之故，控制讯号产生电路16中基 极电压VB会产生如图所示的上升斜坡阶梯讯号，而集极电流FC⑴或射极电压FC(V)也 对应成为上升斜坡阶梯讯号，可供作为控制讯号FC。为便于解释说明，图中将此上升斜 坡阶梯讯号的级距以较夸大的方式画出，在实际的应用上，宜使用较大的电容C及/或较 小的电流源CS1，CS2，使此上升阶梯斜坡讯号的级距非常小。图16显示本发明的另一个实施例，在本实施例中，本发明被应用于固定导通时 间(constant ON-time，COT)架构或是固定关闭时间(constant OFF-time，CFT)架构。
在此实施例中，控制讯号产生电路16产生控制讯号TC以控制PWM控制器11中的导通 时间定时器或关闭时间定时器114，而该定时器114控制功率级12中的功率开关的导通时 间或关闭时间。当切换式电源供应器操作 于CCM时，控制讯号TC增长导通时间或关闭 时间；当切换式电源供应器操作于DCM时，控制讯号TC减少导通时间或关闭时间。控 制讯号TC可以为与前述图7-15中的控制讯号FC相同的讯号，或可为图8中上下计数器 166输出的数字讯号，亦即图7-15实施例中的电路与控制架构皆可应用于本实施例中， 仅是改为以控制讯号产生电路16的输出讯号控制时间，而不是如图6实施例控制频率。 可受控改变计时长短的定时器为已知的电路，故不赘予绘示说明。图17显示负载(输出)电流与切换频率之间的关系。当切换式电源供应器操作 于CCM时，表示其位于图中曲线的上方；当切换式电源供应器操作于DCM时，表示其 位于图中曲线的下方；而当切换式电源供应器操作于BCM时，其表示刚好位于图中的曲 线上。图中两箭号a与b说明了本发明的机制，此机制用以自动调整切换频率，使切换 式电源供应器的操作曲线能趋近并停留在BCM或接近BCM的位置。类似地，在固定导 通时间架构或固定关闭时间架构，若刚开始是在DCM，则本发明将减少导通时间或关闭 时间，以使切换式电源供应器的操作曲线能趋近并停留在BCM或接近BCM的位置。虽然本发明揭示了一种可使切换式电源供应器操作于BCM的方法，但并不表 示此切换式电源供应器只能操作于BCM，而是可使切换式电源供应器操作于混合控制模 式或是多重模式。举例而言，图18显示了一种混合控制模式具有电流限制(例如负 载过电流保护)的BCM。本图的操作曲线示出，切换式电源供应器在一般状况下操作 于BCM，但当负载(输出)电流达到电流限制时，此切换式电源供应器会强制操作于 DCM。此混合控制模式可通过设置图中左方的过电流保护电路来达成，当侦测到输出电 流Iout超过预设上限值Iref时，比较器即输出过电流保护讯号OCP，以使输出电流Iout维 持在预设上限值之下。图19显示另一种混合控制模式具有频率上限与频率下限的BCM。频率限制的 目的例如是为了避开人耳可闻的音频，或是为了减少切换损失。本图的操作曲线示出， 切换式电源供应器在一般状况下操作于BCM，但当切换频率太高达到频率上限时，此切 换式电源供应器会强制操作于DCM;当切换频率太低达到频率下限时，此切换式电源供 应器会强制操作于CCM。此混合控制模式可通过设定震荡器频率的上下限来达成，在震 荡器中通常包括充/放电电流源与电容，而频率的上下限可通过限制对电容的充/放电电 流上下限来达成。
图20显示又另一种混合控制模式具有略频模式(pulse skipping)、丛集模式 (burst mode),或其它降频模式的BCM。(所谓略频模式与丛集模式可参阅下方图标。) 本图的操作曲线示出，切换式电源供应器在一般状况下操作于BCM，但当负载(输出) 电流小于一特定临界值时，此切换式电源供应器会降低其切换频率。在本图中，降低频 率的曲线为线性，其仅用以举例说明，降低频率的曲线亦可以为非线性。略频模式、丛 集模式、或其它降频模式例如可通过以一遮蔽电路18选择性地遮蔽PWM控制器11的输 出讯号来达成。图21举例显示可将更多控制模式混合在一起，本实施例的混合控制模式混合了 BCM、电流限制、频率限制、以及降频模式。
再者，依据本发明的切换式电源供应器亦可为双控制模式或多重控制模式，亦 即切换式电源供应器提供两种或两种以上的控制架构，可选择操作于两种或两种以上的 控制模式。举例而言如图22所示，切换式电源供应器具有BCM与定频PWM两种控制模 式，可由使用者或由微控制电路来选择，决定切换式电源供应器操作于何种控制模式。以上图18-22所示混合控制模式或多重控制模式，还可根据这些控制模式再加 以组合变化，亦即可在本发明的BCM切换式电源供应器中添加其它各种功能，或是，可 在目前具备这些功能的切换式电源供应器中增加本发明的BCM控制电路110，皆属本发 明的范围。以上已针对较佳实施例来说明本发明，只是以上所述，仅为使本领域技术人 员易于了解本发明的内容，并非用来限定本发明的权利范围。在本发明的相同精神 下，本领域技术人员可以思及各种等效变化。首先，本发明所称“操作于”或“停留 于” BCM，并不表示必须绝对无误差地恰好操作于或停留于BCM，而应视为可容许有微 幅的偏离。其次，以上实施例侦测切换式电源供应器是否操作于DCM，进而决定应如 何调整频率、导通时间或关闭时间，但当然亦可改为侦测切换式电源供应器是否操作于 CCM。再者，模式侦测电路14与控制讯号产生电路16不限于分开为两个电路，亦可整 合在同一电路之内。又例如，在所示各实施例电路中，可插入不影响讯号主要意义的元 件，如其它开关等；数字讯号高低位准所表示的意义可以互换，例如图13比较器1441的 输入端正负可以互换，而与门1442也可改换为其它逻辑电路，仅需对应修正电路的讯号 处理方式即可。凡此种种，皆可根据本发明的教示类推而得，因此，本发明的保护范围 应涵盖上述及其它所有等效变化。
权利要求
1.一种切换式电源供应器，用以将输入电压转换为输出电压，其可操作于连续导通 模式、不连续导通模式、或两者之间的边界导通模式，所述切换式电源供应器包含功率级，其根据一脉宽调变讯号，切换至少一个功率晶体管以将输入电压转换为输 出电压；模式侦测电路，与该功率级耦接，以侦测该切换式电源供应器的操作模式，并产生 一模式讯号；回授电路，根据该输出电压产生一回授讯号；控制讯号产生电路，根据该模式讯号产生一控制讯号；以及PWM控制器，根据该回授讯号，产生该脉宽调变讯号，并根据该控制讯号而调整该 脉宽调变讯号的导通时间、关闭时间、或频率，以使切换式电源供应器的操作模式可趋 近于边界导通模式。
2.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，当该切换式电源供应器操作于不连 续导通模式时，该控制讯号减少该脉宽调变讯号的导通时间、减少其关闭时间、或增加 其频率；当该切换式电源供应器操作于连续导通模式时，该控制讯号增加脉宽调变讯号 导通时间、增加其关闭时间、或降低其频率，以使切换式电源供应器的操作模式可操作 于或接近于边界导通模式。
3.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该功率晶体管连接在一固定电位与 一变换电位节点之间，且该模式侦测电路侦测变换电位节点的电压，以判断该切换式电 源供应器是否操作于不连续导通模式。
4.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该模式侦测电路包括低通滤波器， 以过滤该节点的电压而产生一滤波讯号，以及不连续导通模式侦测电路，其侦测该滤波 讯号是否具有不连续导通模式特征而产生前述模式讯号。
5.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中，该PWM控制器包含一震荡器，其 震荡频率根据该控制讯号而决定。
6.如权利要求1所述的切换式电源供应器，其中该PWM控制器包含一导通时间定 时器或一关闭时间定时器，其根据该控制讯号而决定脉宽调变讯号的导通时间或关闭时 间。
7.一种切换式电源供应器驱动电路，该切换式电源供应器用以将输入电压转换为输 出电压，其可操作于连续导通模式、不连续导通模式、或两者之间的边界导通模式，该 切换式电源供应器驱动电路包含模式侦测电路，与该切换式电源供应器的功率级耦接，以侦测该电源供应器的操作 模式，并产生一模式讯号；控制讯号产生电路，根据该模式讯号产生一控制讯号；以及PWM控制电路，根据与该输出电压相关的一回授讯号而产生一脉宽调变讯号以控 制该输入电压与输出电压间的转换，并根据该控制讯号而调整该脉宽调变讯号的导通时 间、关闭时间、或频率，以使切换式电源供应器的操作模式可趋近于边界导通模式。
8.如权利要求7所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，当该切换式电源供应器 操作于不连续导通模式时，该控制讯号减少该脉宽调变讯号的导通时间、减少其关闭时 间、或增加其频率；当该切换式电源供应器操作于连续导通模式时，该控制讯号增加脉宽调变讯号的导通时间、增加其关闭时间、或降低其频率，以使切换式电源供应器的操 作模式可操作于或接近于边界导通模式。
9.如权利要求7所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该PWM控制器包含一震 荡器，其震荡频率根据该控制讯号而决定。
10.如权利要求7所述的切换式电源供应器驱动电路，其中该控制电路包含一导通时 间定时器或一关闭时间定时器，其根据该控制讯号决定脉宽调变讯号的导通时间或关闭 时间。
11.如权利要求7所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该控制讯号产生电路包含电容；充放电电路，根据该模式讯号而对该电容进行充放电；晶体管，其具有受控端、电流流入端、与电流流出端，该受控端受控于电容的电压 而在该电流流入端产生一电流；以及 电阻，与该电流流出端连接，其中该控制讯号为该电流流入端电流或该电流流出端电压。
12.如权利要求7所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该控制讯号产生电路包 含一上下计数电路，接收一时脉讯号并根据该模式讯号上下计数，以产生一计数值。
13.如权利要求12所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该控制讯号产生电路还 包含一数字模拟转换电路，转换该计数值为模拟讯号成为所述控制讯号。
14.如权利要求7所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该切换式电源供应器根 据至少一个功率晶体管的切换而将输入电压转换为输出电压，其中该功率晶体管连接在 一固定电位与一变换电位节点之间，且该模式侦测电路包含低通滤波器，其接收该变换电位节点的电压，并过滤该节点电压而产生一滤波讯 号，以及DCM侦测电路，其侦测该滤波讯号是否具有DCM特征而产生前述模式讯号。
15.如权利要求14所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该DCM侦测电路包含比较器，其比较该滤波讯号与一参考讯号而产生一比较输出讯号；以及 门电路，对该比较输出讯号进行逻辑运算以得到该模式讯号。
16.如权利要求15所述的切换式电源供应器驱动电路，其中，该DCM侦测电路还包 含一去除干扰电路，与该门电路耦接，以去除干扰。
17.一种切换式电源供应器控制方法，该切换式电源供应器根据至少一个功率晶体管 的切换而将输入电压转换为输出电压，该切换式电源供应器可操作于连续导通模式、不 连续导通模式、或两者之间的边界导通模式，该操作切换式电源供应器控制方法包含侦测该切换式电源供应器的操作模式，并产生一模式讯号； 根据该模式讯号，产生一控制讯号；以及根据该控制讯号而调整该功率晶体管的导通时间、关闭时间或切换频率，使得切换 式电源供应器的操作模式可趋近于边界导通模式。
18.如权利要求17所述的切换式电源供应器控制方法，其中，当该切换式电源供应CN 102013798 A器操作于不连续导通模式时，减少该功率晶体管的导通时间、减少其关闭时间、或增加 其切换频率；当该切换式电源供应器操作于连续导通模式时，增该功率晶体管的导通时 间、增加其关闭时间、或降低其切换频率，以使切换式电源供应器的操作模式可操作于 或接近于边界导通模式。
19.如权利要求17所述的切换式电源供应器控制方法，其中，该功率晶体管连接在一 固定电位与一变换电位节点之间，且该侦测该切换式电源供应器的操作模式步骤包含 根据与该变换电位节点的电压，判断该切换式电源供应器是否操作于不连续导通模式。
20.如权利要求17所述的切换式电源供应器控制方法，其中。还包含在一般状况 下使该切换式电源供应器操作于或接近于边界导通模式，但在以下状况的任一者或两者 以上时则否(1)当该切换式电源供应器的输出电流达于一上限值时；(2)当该功率晶体 管的切换频率达于一上限值时；(3)当该功率晶体管的切换频率达于一下限值时；或(4) 当该切换式电源供应器的输出电流低于一下限值时。
21.如权利要求17所述的切换式电源供应器控制方法，其中，还包含提供两种或两种以上的控制模式，其中一种控制模式使该切换式电源供应器操作于 或接近于边界导通模式；以及选择其中一种作为该切换式电源供应器的控制模式。
全文摘要
本发明提出一种可受控操作于边界导通模式(boundary conductionmode，BCM)的切换式电源供应器及其驱动电路与控制方法。本发明的切换式电源供应器经由控制一功率级，将输入电压转换为输出电压；该切换式电源供应器侦测其操作模式处于连续导通模式(continuousconduction mode，CCM)或不连续导通模式(discontinuous conductionmode，DCM)，并调整功率级的导通时间(On-time)、关闭时间(Off-time)、或频率，以使切换式电源供应器的操作模式可操作于或接近于BCM。
文档编号H02M3/155GK102013798SQ20101024273
公开日2011年4月13日 申请日期2010年7月28日 优先权日2009年9月4日
发明者刘景萌 申请人:立锜科技股份有限公司