本发明涉及一种直流对直流控制器，尤其涉及一种直流对直流控制器及其控制方法。
背景技术
图1为传统直流对直流降压电源转换器的波形示意图，sug1及slg1分别为上桥开关与下桥开关的控制信号，当上桥开关导通(turnon)时，下桥开关会断开(turnoff)，此时电感电流il1方向为流向输出端，使输出端的输出电压vout爬升；当上桥开关断开时，下桥开关会导通，此时电感电流il1往接地端回流，亦即电感电流il1变为泄压电流，输出电压vout开始下降。
由于输出电压的升压电流为输入电压减去输出电压再除以输出端的电感值，泄压电流为输出电压除以输出端的电感值。在电源转换电路软启动期间psb初期，因输出电压还很低，泄压能力很弱，导致软启动期间psb初期的输出曲线103会比压摆率曲线(slewrate)101高出许多，如此一来系统软启动期间的输出变得不稳定。此现象在大的输入电压及低的压摆率时更加明显。
技术实现要素：
本发明提供一种直流对直流控制器及其控制方法，可稳定软启动初期的输出。
本发明的直流对直流控制器，耦接输出级，输出级提供输出电压且包括上桥开关与下桥开关。直流对直流控制器包括时间信号产生单元及时间信号控制电路。时间信号控制电路耦接时间信号产生单元，且接收预设电压与输出电压。在软启动期间，若输出电压小于预设电压，则在上桥开关关闭后与上桥开关下一次导通前，时间信号控制电路控制上桥开关与下桥开关关闭第一预设时间与控制下桥开关导通第二预设时间。
本发明的直流对直流控制器，耦接输出级，输出级提供输出电压且包括上桥开关与下桥开关。直流对直流控制器包括时间信号产生单元及时间信号控制电路。时间信号控制电路耦接时间信号产生单元，且接收预设电压与输出电压。在软启动期间，若输出电压小于预设电压，则时间信号控制电路控制上桥开关与下桥开关在每一操作周期期间存在预设时间的迟滞时间(deadtime)，在每一操作周期期间，上桥开关与下桥开关皆导通一次。
本发明的直流对直流控制器的控制方法，用以控制输出级的上桥开关与下桥开关，控制方法包括下列步骤。提供时间信号。在直流对直流控制器的软启动期间，根据预设条件提供切换信号，用以切换初始模式及正常模式。在初始模式中，下桥开关的导通期间维持在最小导通时间，并且在上桥开关关闭后与上桥开关下一次导通前，上桥开关与下桥开关关闭第一预设时间；在正常模式中，上桥开关与下桥开关根据时间信号运作。
基于上述，本发明实施例的直流对直流控制器及其控制方法，在输出级的上桥开关关闭后与上桥开关下一次导通前，输出级的下桥开关至少导通一次。藉此，通过下桥开关的体二极管，可加速输出电压的泄压而不致过冲。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为传统输出级的波形示意图；
图2为依据本发明一实施例的直流对直流电源转换器的示意图；
图3a及图3b分别为依据本发明一实施例的直流对直流电源转换器的波形示意图；
图4a为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的示意图；
图4b为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的波形图；
图5a为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的示意图；
图5b为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的波形图；
图6a为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的示意图；
图6b为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的波形图；
图7a为依据本发明再一实施例的时间信号控制电路的示意图；
图7b为依据本发明再一实施例的时间信号控制电路的波形图；
图8为依据本发明一实施例直流对直流控制器的控制方法的流程图。
附图标号说明：
10：直流对直流电源转换器
11：输出级
100：直流对直流控制器
101、103、201：曲线
110：时间信号产生单元
120：时间信号控制电路
123、123a、123b、123c、123d：逻辑电路
bf1、bf2、bf3、bf4、bf5、bf6：缓冲器
cmp：比较器
cti：计时器
dl1、dl2、dl3、dl4：延迟单元
int1、int2、int3：反相器
nor1、nor2、nor3：反或闸
q1、q2：晶体管/开关
scout：控制信号
se1：导通信号
se1b：反相后的导通信号
sug2：上桥控制信号
slg2：下桥控制信号
il1、il2：电感电流
sug1、slg1：控制信号
vph：相位电压
vin：输入电压
gnd：接地端
ssw：切换信号
stx：时间信号
top1、top2：操作周期期间
vout：输出电压
l：电感
r：电阻
c：电容
to：输出端
vth：预设电压
pe1～pe4：导通期间
psb：软启动期间
tint：间隔时间
tp11、tp12、tp13、tp14：时间长度
s810、s820、s830、s840：步骤
具体实施方式
图2为依据本发明一实施例的电源转换器的示意图。请参照图2，在本实施例中，直流对直流电源转换器10包括输出级11及直流对直流控制器100。输出级11包括上桥开关q1(例如为功率晶体管)、下桥开关q2(例如为功率晶体管)、电感l、电阻r及电容c。上桥开关q1的一端接收输入电压vin、栅极接收上桥控制信号sug2，上桥开关q1与下桥开关q2之间存在相位电压vph。下桥开关q2一端耦接上桥开关q1、栅极接收下桥控制信号slg2，下桥开关q2的另一端耦接接地端gnd。
直流对直流控制器100包括时间信号产生单元110及时间信号控制电路120，时间信号控制电路120包括判断电路121及逻辑电路123。时间信号产生单元110提供时间信号stx。在软启动期间，判断电路121根据预设条件提供切换信号ssw，用以切换初始模式及正常模式。在本实施例中，判断电路121接收输出电压vout及预设电压vth，以判断输出电压vout是否低于预设电压vth(例如0.2伏特(v))，并且对应地提供切换信号ssw。在本实施例中，判断电路121为比较器，在其他实施例中，判断电路121可以是其他逻辑电路或其他电路所组成。
逻辑电路123耦接时间信号产生单元110、判断电路121及输出级11，并且接收时间信号stx及切换信号ssw。逻辑电路123依据时间信号stx及切换信号ssw提供控制信号scout至输出级11，以控制输出级11的相关运作。
图3a及图3b分别为依据本发明一实施例的直流对直流电源转换器的波形示意图。请参照图2及图3a，在本实施例中，曲线201显示输出电压vout的波形，曲线101为软启动期间psb的压摆率曲线。在操作周期期间top1，上桥开关q1与下桥开关q2各自导通一次。在软启动期间psb，当输出电压vout低于预设电压vth时，则判断电路121输出切换信号ssw，以设定直流对直流控制器100处于初始模式。
当直流对直流控制器100处于初始模式时，时间信号控制电路120进行以下操作：上桥开关q1的两相邻导通期间(如导通期间pe1及pe2)之间的间隔时间(如tint)内，亦即上桥开关q1的断开时间内，下桥开关q2会先导通(如导通期间pe3)，且下桥开关q2的导通期间(如pe3)的时间长度为tp11(对应第二预设时间)；接着，在间隔时间tint内，下桥开关q2为关闭状态的时间长度为tp12(对应第一预设时间)。时间长度tp11可维持在时间信号产生单元110所能提供最小导通时间，并且由于时间长度tp12对应的期间内，上桥开关q1与下桥开关q2关闭，因此时间长度tp12对应的期间可视为预设时间的迟滞时间(deadtime)。也就是说，在操作周期期间top1内，存在一段迟滞时间。
换句话说，当输出电压vout低于预设电压vth时，在上桥开关q1关闭后与上桥开关q1下一次导通前，时间信号控制电路123紧邻在上桥开关q1关闭后先控制下桥开关q2导通为时间长度t11，然后控制上桥开关q1与下桥开关q2同时关闭为时间长度tp12，亦即迟滞时间(对应时间长度tp12的期间)紧邻在下桥开关q2关闭后。
依据上述，当上桥开关q1断开时，下桥开关q2开启一小段时间(例如300-500纳秒(ns))。接着断开下桥开关q2。由于电感l处于正电流，下桥开关q2的体二极管(bodydiode)导通，相位电压vph为-0.7v，致使泄压能力变为(vout+0.7)/l，可加速泄压而不致过充。
在一实施例中，直流对直流控制器100可具过电流保护(overcurrentprotection，ocp)功能。由于下桥开关q2断开期间，无法检测电感电流il2，相较于先前技术中下桥开关q2全程断开的方式，此时直流对直流控制器100的过电流保护功能不能运作，若在下桥开关q2断开期间发生过电流现象，则易导致电源转换器的损伤。在本发明实施例中，下桥开关q2开启一小段时间，此时间内过电流保护功能可正常运作，避免过电流现象造成的伤害。
另一方面，当输出电压vout高于等于预设电压vth时，则判断电路120输出切换信号ssw，以设定直流对直流控制器100切换为正常模式。当直流对直流控制器100处于正常模式时，则时间信号控制电路123会维持上桥开关q1与下桥开关q2正常操作。举例来说，上桥开关q1与下桥开关q2依据时间信号stx而交替导通，并且下桥开关q2的单一导通期间的时间长度等于上桥开关q1的单一断开期间的时间长度(亦即间隔时间tint)。
请参照图3a及图3b，类似地，在操作周期期间top2，上桥开关q1与下桥开关q2皆导通一次。在图3a中，下桥开关q2的导通期间(如pe3)可紧接于上桥开关q1的两相邻导通期间中的前导通期间(如导通期间pe1)，但在图3b中，下桥开关q2的导通期间(如pe4)与上桥开关q1的两相邻导通期间中的前导通期间(如导通期间pe1)具有迟滞时间。时间长度tp14可维持在时间信号产生单元110所能提供最小导通时间，并且由于时间长度tp13对应的期间内，上桥开关q1与下桥开关q2皆关闭，因此时间长度tp13对应的期间可视为预设时间的迟滞时间。也就是说，在操作周期期间top2内，同样存在迟滞时间。
当输出电压vout低于预设电压vth时，在上桥开关q1关闭后至上桥开关q1下一次导通前的期间，时间信号控制电路120在上桥开关q1关闭后先控制上桥开关q1与下桥开关q2同时关闭时间长度tp13(对应第一预设时间)，然后控制下桥开关q2导通时间长度t14(对应第二预设时间)，亦即迟滞时间(对应时间长度tp13的期间)紧邻在上桥开关q1关闭后。
在本实施例中，在软启动期间psb，逻辑电路123可内嵌计时器(timer)cti，以迟滞时间(例如1微秒(us))。以图3a实施例而言，当下桥开关q2断开(亦即关闭)时，计时器cti在迟滞时间后导通上桥开关q1；以图3b实施例而言，当上桥开关q1断开(亦即关闭)时，计时器cti可在迟滞时间后导通下桥开关q2。在本实施例中，计时器cti可由延迟电路来达成。
图4a为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的示意图。请参照图2及图4a，在本实施例中，判断电路121a为比较器cmp，比较器cmp的一输入端接收预设电压vth，比较器cmp的另一输入端接收输出电压vout，并且比较器cmp的输出端提供切换信号ssw。逻辑电路123a包括缓冲器bf1、缓冲器bf2、延迟单元dl1、反相器int1以及反或闸nor1。逻辑电路123a根据时间信号stx与切换信号ssw提供上桥控制信号sug2与下桥控制信号slg2至上桥开关q1与下桥开关q2。
请参照图4a及图4b，在初始模式期间，切换信号ssw致能延迟单元dl1，以延迟时间信号stx。在上桥控制信号sug2为低位准的期间，通过反相器int1将延迟后的时间信号stx反相。反或闸nor1接收时间信号stx与延迟并反相后的时间信号stx，在两信号皆为低位准时发出高位准的下桥开关控制信号slg2。在正常模式期间，切换信号ssw禁能延迟单元dl1，亦即反或闸nor1仅接收时间信号stx与恒为低位准的信号，此时反或闸nor1送出时间信号stx的反相信号。
图5a为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的示意图。请参照图2及图5a，在本实施例中，判断电路121a可参照图4实施例所述，并且逻辑电路123b包括缓冲器bf3、延迟单元dl2以及反或闸nor2。反或闸nor2的输出端耦接缓冲器bf3的致能端以控制缓冲器bf3的致能与否。当缓冲器bf3致能期间，控制信号scout为介于高位与低位之间的第三态(tri-state)。当控制信号scout为第三态时，上桥开关q1与下桥开关q2均断开(亦即关闭)。逻辑电路123b经由缓冲器bf3提供控制信号scout至输出级11。
图5b为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的波形图。请参照图5a及图5b，在初始模式期间，切换信号ssw致能延迟单元dl2，以将时间信号stx延迟。在时间信号stx为低位准的期间，反或闸nor2接收时间信号stx与延迟后的时间信号stx，在两信号皆为低位准时致能缓冲器bf3，使控制信号scout为第三态。在正常模式期间，切换信号ssw禁能延迟单元dl2，亦即反或闸nor2仅接收时间信号stx与恒为高位准的信号，此时反或闸nor2仅能送出高位准信号，使缓冲器bf3不会送出第三态信号。
图6a为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的示意图。请参照图2及图6a，在本实施例中，判断电路121a可参照图4实施例所述，逻辑电路123c包括缓冲器bf4、缓冲器bf5、延迟单元dl3以及反相器int2，并经由接缓冲器bf4、bf5提供上桥控制信号sug2与下桥控制信号slg2至上桥开关q1与下桥开关q2。
图6b为依据本发明一实施例的时间信号控制电路的波形图。请参照图6a、图6b，在初始模式期间，切换信号ssw致能延迟单元dl3。当延迟单元dl3受到时间信号stx的后缘触发时，会送出一小段导通信号se1。在上桥开关控制信号sug2为低位准的期间，反相器int1将导通信号se1反相。反相器int2接收反相后的导通信号se1b，发出高位准的下桥控制信号slg2。在正常模式期间，切换信号ssw禁能延迟单元dl3，时间信号stx直接通过延迟单元dl3送入反相器int2，以产生与时间信号stx反相的下桥开关控制信号slg2。
图7a为依据本发明再一实施例的时间信号控制电路的示意图。请参照图2及图7a，在本实施例中，判断电路121a可参照图4实施例所述，并且逻辑电路123d包括缓冲器bf6、延迟单元dl4、反相器int3以及反或闸nor3。反或闸nor3的输出端耦接缓冲器bf6的致能端。经由缓冲器bf6的输出端提供控制信号scout(例如为脉宽调变信号)至输出级11。
图7b为依据本发明再一实施例的时间信号控制电路的波形图。请参照图7a及图7b，在初始模式期间，切换信号ssw致能延迟单元dl4，以将时间信号stx延迟。在时间信号stx为低位准的期间，反或闸nor3接收时间信号stx与延迟并反相后的时间信号stx，在两信号皆为低位准时致能缓冲器bf6，使控制信号scout为第三态。在正常模式期间，切换信号ssw禁能延迟单元dl2，亦即反或闸nor3仅接收时间信号stx与恒为高位准的信号，此时反或闸nor3仅能送出高位准信号，使缓冲器bf6不会送出第三态信号。
图8为依据本发明一实施例的直流对直流控制器的控制方法的流程图。请参照图8，在本实施例中，直流对直流控制器的控制方法的控制方法包括下列步骤。在步骤s810中，会提供一个时间信号。在步骤s820中，在直流对直流控制器的软启动期间，根据预设条件提供切换信号，用以切换初始模式及正常模式。在步骤s830中，在初始模式中，下桥开关的导通期间维持在最小导通时间，并且在上桥开关关闭后与上桥开关下一次导通前，上桥开关与下桥开关关闭第一预设时间。在步骤s840中，在正常模式中，上桥开关与下桥开关根据时间信号运作。上述步骤s810、s820、s830、s840的顺序为用以说明，本发明实施例不以此为限。并且，步骤s810、s820、s830、s840的细节可参照图2、图3a、图3b、图4a、图4b、图5a、图5b、图6a、图6b、图7a及图7b实施例所示，在此则不再赘述。
综上所述，本发明实施例的直流对直流控制器及其控制方法，在输出级的上桥开关的两相邻导通期间之间的间隔时间内，输出级的下桥开关至少导通一次。藉此，通过下桥开关的体二极管，可加速输出电压的泄压而不致过冲。并且，在下桥开关开启的一小段时间内，过电流保护功能可正常运作，避免过电流现象造成的伤害。
虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更改与润饰，故本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定的为准。