用于控制具有超声波模式的切换式稳压器的电路及方法与流程

1.本发明涉及切换式稳压操作的控制，尤指涉及一种用于控制一切换式稳压器的控制电路，以及用于控制一切换式稳压器的控制方法。


背景技术：

2.切换式稳压器(switching regulator)通常会利用回路控制(loop control)，以将输入电压转换为输出电压。上述回路控制可将输出电压反馈至一控制电路，其用于截断(chop)输入电压并使其平滑化(smooth out)，以匹配所需的输出电压。该控制电路可采用脉冲宽度调变(pulse width modulation，pwm)或脉冲频率调变(pulse frequency modulation，pfm)技术来控制切换操作。在轻载(light load)的情形下，脉冲宽度调变控制方案因为采用固定切换频率，切换损失(switching loss)成为主要的损耗来源。因此，通常会使用脉冲频率调变方案(其允许降低切换频率)来改善轻载操作模式下的效率。然而，当切换频率落在人耳可听的音频范围(audible frequency range)时，例如20hz至20khz，电容的压电效应(piezoelectric effect)所造成的人耳可听见的噪音会相当明显。


技术实现要素：

3.本公开的实施例提供了一种用于控制一切换式稳压器的控制电路，以及用于控制一切换式稳压器的控制方法。
4.本公开的某些实施方式提供了一种用于控制一切换式稳压器的控制电路。该控制电路包含一第一定时器、一第一比较器、一驱动电路以及一控制器。该第一定时器用以产生一第一输入信号，该第一输入信号指示出自从启用一驱动信号以来是否经过一第一预定时间。该切换式稳压器的一第一开关受控于该驱动信号。该第一比较器用以将一反馈电压与一第一参考电压作比较以产生一第一比较信号。该反馈电压反映出该切换式稳压器的一输出电压。该驱动电路耦接于该第一定时器与该第一比较器，并受控于一控制信号以根据该第一输入信号与该第一比较信号的其中之一产生该驱动信号。该控制信号指示出该切换式稳压器的一模式是否已启用。当该控制信号指示出该模式启用时，该驱动电路用以根据该第一输入信号产生该驱动信号。该控制器耦接于该驱动电路与该第一定时器。该控制器用以响应于该第一输入信号的启用，根据将该反馈电压与高于该第一参考电压的一第二参考电压作比较所得到的结果产生该控制信号。
5.本公开的某些实施方式提供了一种切换式稳压器的控制方法。该控制方法包含：测量自从启用该切换式稳压器之一第一开关以来所经过的一第一消逝时间，并据以产生一第一输入信号，该第一输入信号指示出该第一消逝时间是否到达一第一预定时间；将一反馈电压与一第一参考电压作比较以产生一第一比较信号，其中该反馈电压反映出该切换式稳压器的一输出电压；将该反馈电压与高于该第一参考电压的一第二参考电压作比较，以产生一第二比较信号；当该第一输入信号启用时，根据该第二比较信号产生一控制信号，其中该控制信号指示出该切换式稳压器的一模式是否已启用；当该控制信号指示出该模式启
用时，根据该第一输入信号导通该第一开关；以及当该控制信号指示出该模式停用时，根据该第一输入信号与该第一比较信号的其中之一导通该第一开关。
6.根据本公开所提供的控制方法，用于切换式稳压器的控制电路可采用相对简单的电路结构来实现，以将轻载情形下的切换频率维持在人耳可听的音频范围外，进而减少/消除由切换操作所造成的人耳可听见的噪音。再者，上述控制电路可弹性地延长开关(例如低压侧的开关)的导通时间以达成能量平衡，而不会造成功能失效。
附图说明
7.搭配附图来阅读下文的实施方式，可清楚地理解本公开的多种态样。应注意到，根据本领域的标准惯例，图式中的各种特征并不一定是按比例进行绘制的。事实上，为了能够清楚地描述，可任意放大或缩小某些特征的尺寸。
8.图1是本公开某些实施例的示例性切换式稳压器的示意图。
9.图2是本公开某些实施例的图1所示的控制电路的实施方式。
10.图3是本公开某些实施例的图2所示之切换式稳压器的控制方法的流程图。
11.图4是本公开某些实施例的图2所示之控制电路的操作所涉及的信号波形图。
12.图5a是在某些实施例中图2所示之控制电路的操作所涉及的信号波形图。
13.图5b是本公开某些实施例的图2所示之控制电路的操作所涉及的信号波形图。
14.图6是本公开某些实施例的切换式稳压器的控制方法的流程图。
15.图7是本公开某些实施例的切换式稳压器的控制方法的流程图。
16.符号说明：
17.100,200:切换式稳压器
18.101,201:控制电路
19.102:分压器
20.103:负载
21.110,160:定时器
22.120,220,242,244:比较器
23.130,230:驱动电路
24.140,240:控制器
25.150,250:检测电路
26.232,234:驱动器
27.236:导通时间信号产生器
28.238,246:逻辑电路
29.300,600,700:控制方法
30.302-332,602-608,702-712:操作
31.a1,a2,a3,a4:与门
32.cp1,cp2,cp2b,cp3:
33.cs,cout:电容
34.cs,csb:控制信号
35.d1:二极管
36.dt:检测信号
37.gd1,gd2:驱动信号
38.il:电感电流
39.i
out
:输出电流
40.i
zcd
:电流门限值
41.l:电感
42.lh1,lh2,lh3:sr闩锁器
43.l
ini
:位准
44.n1,n2,n3:反相器
45.ns:端点
46.q:输出
47.q1,q2:开关
48.r:复位输入端
49.r1,r2,r3:或门
50.r1,r2:电阻
51.s:设定输入端
52.ss:导通时间控制信号
53.t0-t4,ta-td,ta
’‑
td’:时间
54.t
ext0
:一段时间
55.t
max
,t
ext
:预定时间
56.tr1,tr2:触发信号
57.ts1,ts2:输入信号
[0058]vcc
:供应电压
[0059]vfb
:反馈电压
[0060]vin
:输入电压
[0061]vout
:输出电压
[0062]vref1
,v
ref2
,v
ref3
:参考电压
[0063]vs
:电压
[0064]vzcd
:参考电压。
具体实施方式
[0065]
以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本公开内容的不同特征。下文所述之组件与配置的具体例子是用以简化本公开内容。当可想见，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本公开内容。举例来说，当可理解，若将一组件描述为与另一组件「连接(connected to)」或「耦接(coupled to)」，则两者可直接连接或耦接，或两者间可能出现其他中间(intervening)部件。此外，本公开内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号及/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，且其本身不代表所讨论的不同实施例及/或组态之间的关系。
[0066]
本公开的实施例系详述如下。然而，应理解的是，本公开内容提供了许多可以在各
种特定情形下实施的可应用的发明概念。下文所描述的具体实施例仅是出于说明的目的，并非用来限制本公开的范围。
[0067]
切换式稳压器的脉冲频率调变操作可根据恒定导通时间(constant-on-time，cot)的控制方式来实现。为了减少恒定导通时间之切换式稳压器处于轻载下的人耳可听见的噪音，通常会将切换式稳压器之切换频率维持在高于人类听觉的上限(upper audible limit of human hearing)。另一种将切换频率维持在人耳可听的音频范围外的方法是对输出电压的峰值进行检测，并据以控制切换操作。然而，这个方法需要施加偏移电压(offset voltage)以决定峰值。因此，还需使用偏移消除电路(offset cancellation circuit)，进而增加电路设计的复杂度。
[0068]
本公开的内容提供了多种示例性的控制电路，其中每一控制电路均可利用一定时器以设定切换式稳压器于轻载时的切换周期。举例来说，该定时器可具有一超时时间(timeout period)，其倒数是大于人耳可听的音频范围的上限。当一驱动信号生效/启用(asserted/activated)以导通一第一开关时，该定时器可启动/开始计时。在一段时间之后，接着使该驱动信号失效/停用(de-asserted/deactivated)。当自从该驱动信号生效以来已经过该超时时间时，该定时器可输出一控制信号以使该驱动信号再次生效/启用。因此，在切换频率高于人耳可听的音频范围的上限时，可强制导通该第一开关。该第一开关可以是(但不限于)切换式稳压器的高压侧开关(high-side switch)。在某些实施例中，上述控制电路可包含另一定时器，其可判断是否要延长一第二开关在轻载时的导通时间(on-time)。该第二开关可以是(但不限于)切换式稳压器的低压侧开关(low-side switch)。因此，即使处在非常轻的负载的情形下，本公开的控制电路仍可有效地达成能量平衡(energy balance)。
[0069]
本公开的内容提供了多种示例性的切换式稳压器的控制方法。本公开的控制方法可致能/启用(enable)一切换式稳压器进入一模式，其中该切换式稳压器的切换频率在该模式中可维持在高于人耳可听的音频范围的上限。举例来说，在该切换式稳压器进入该模式之前，本公开的控制方法可通过将一反馈电压与一第一参考电压作比较，来调节一输出电压。同时，本公开的控制方法可通过将该反馈电压与高于该第一参考电压的一第二参考电压作比较，以判断是否启用该模式。在某些实施例中，当该模式启用时，本公开的控制方法可通过该反馈电压与低于该第一参考电压的一第三参考电压作比较，以判断是否关闭/停用(disable)该模式。进一步的说明如下。
[0070]
图1是本公开某些实施例的示例性切换式稳压器的示意图。切换式稳压器100用以将输入电压v
in
转换为输出电压v
out
。于此实施例中，为方便说明，切换式稳压器100可实施为降压型转换器(buck/step-down converter)。本领域技术人员可以了解切换式稳压器100可实施为其他类型的功率转换器，而不会悖离本公开的范围。
[0071]
切换式稳压器100可包含开关q1与q2、电感l、电容c
out
及控制电路101。开关q1(可称为高压侧开关)用以根据驱动信号gd1将输入电压v
in
耦接于端点ns。开关q2(可称为低压侧开关)用以根据驱动信号gd2将端点ns耦接于一参考电位。例如，开关q1可根据驱动信号gd1与端点ns上的电压vs两者之间的位准差，来导通或关闭。开关q2可根据驱动信号gd2与该参考电位(例如接地电位)之间的位准差，来导通或关闭。电感l与电容c
out
可作为一滤波器以对电压vs进行滤波处理，而产生输出电压v
out
。
[0072]
控制电路101耦接于开关q1与q2，并用以产生驱动信号gd1与gd2。驱动信号gd1与gd2可以是两个非重迭的信号(non-overlapping signal)。于此实施例中，控制电路101可采用恒定导通时间的控制方案来进行输出调节(output regulation)。例如，用于控制驱动信号gd1的开关q1包含一连串的脉波，其中每一脉波均具有相同的脉宽。在轻载的情形下，控制电路101可将驱动信号gd1的脉波频率维持在人耳可听的音频范围(例如20hz至20khz)之外，以减少/消除人耳可听见的噪音。
[0073]
控制电路101可包含定时器110、比较器120、驱动电路130、控制器140、检测电路150及定时器160。定时器110用以产生输入信号ts1，其指示出自从驱动信号gd1启用/生效(activation/assertion)以来是否经过一预定时间t
max
。举例来说，定时器110可用来测量自从启用驱动信号gd1以导通开关q1所经过的一消逝时间。输入信号ts1可指示出该消逝时间是否到达预定时间t
max
。
[0074]
于此实施例中，定时器110由触发信号tr1来启动(activated)。触发信号tr1的生效可以触发驱动信号gd1的生效。因此，定时器110可用来测量(或计算)自从启用驱动信号gd1以来所经过的消逝时间。预定时间t
max
可作为定时器110的超时时间。输入信号ts1可指示出是否已到达/超过(expire)超时时间。在某些实施例中，触发信号tr1可通过其他可指示出驱动信号gd1的启用的信号来实施，而不会悖离本公开的范围。例如，驱动信号gd1可作为触发信号tr1，使定时器110可直接由驱动信号gd来启动。
[0075]
比较器120用以将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref1
作比较，以产生比较信号cp1。反馈电压v
fb
可反映出切换式稳压器100之输出电压v
out
。举例来说，反馈网络(feedback network)101用以响应于施加于其上的输出电压v
out
，来提供反馈电压v
fb
。反馈网络101可通过包含电阻r1与r2的分压器102来实施。驱动电路130耦接于定时器110与比较器120。驱动电路130可受控于控制信号cs，用以根据产生输入信号ts1与比较信号cp1的其中之一产生驱动信号gd1。控制信号cs可指示出切换式稳压器100的一模式是否已启用(enabled)。操作于该模式的切换式稳压器100可具有高于人耳可听的音频范围的上限的切换频率。该模式因此可称为超声波模式(ultrasonic mode)。
[0076]
于此实施例中，当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路130可用以根据输入信号ts1产生驱动信号gd1。驱动信号gd1可具有与预定时间t
max
(例如，定时器110的超时时间)相等的周期。当该模式启用时，驱动信号gd1的频率可维持在人耳可听的音频范围之外。举例来说，预定时间t
max
可等于切换式稳压器100的最大允许切换周期(maximum permissible switching period)。上述最大允许切换周期的倒数是大于人耳可听的音频范围的上限。因此，当该模式启用时，即使处于在轻载情形下，切换式稳压器100的切换频率仍可维持在高于人耳可听的音频范围的上限。
[0077]
当控制信号cs指示出该模式停用时，驱动电路130可用以根据输入信号ts1与比较信号cp1的其中之一产生驱动信号gd1。举例来说，当输入信号ts1指示出定时器110的时间到(或超时)时，驱动电路130可响应于输入信号ts1的启用导通开关q1。在输入信号ts1指示出定时器110尚未超时的情形下，驱动电路130可根据比较信号cp1导通开关q1。
[0078]
控制器140耦接于驱动电路130与定时器110。控制器140可响应于输入信号ts1的启用，根据将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref2
(其高于参考电压v
ref1
)作比较所得到的结果产生控制信号cs。举例来说，当输入信号ts1启用，且反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref2
时，控制器
140可产生控制信号cs，其指示出该模式已启用。于此实施例中，控制器140另可将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref3
(其低于参考电压v
ref1
)作比较，进而产生控制信号cs。举例来说，当反馈电压v
fb
低于参考电压v
ref3
时，控制信号cs可指示出该模式已停用。
[0079]
检测电路150耦接于驱动电路130，用以经由检测流经电感l之电感电流i
l
是否到达一电流门限值(例如零电流门限值)，来产生检测信号dt。当控制信号cs指示出该模式停用时，驱动电路130可根据检测信号dt关闭开关q2。当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路130可根据比较信号cp2(亦即，将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref2
作比较所得到的结果)导通开关q2。
[0080]
于此实施例中，检测电路150可通过检测电压vs是否到达参考电压v
zcd
，来检测电感电流i
l
是否到达该电流门限值。检测信号dt可指示出电压vs是否下降至小于参考电压v
zcd
。当检测信号dt指示出电压vs高于参考电压v
zcd
时，电感电流il可大于该电流门限值。当检测信号dt指示出电压vs下降至小于参考电压v
zcd
时，电感电流i
l
可能已到达该电流门限值。
[0081]
定时器160耦接于驱动电路130与检测电路150，用以产生输入信号ts2，其指示出自从电感电流i
l
到达该电流门限值以来是否经过一预定时间t
ext
。当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路130可根据输入信号ts2关闭开关q2。举例来说，定时器160可由检测信号dt来启动，以测量自从电压vs到达参考电压v
zcd
以来所经过的一消逝时间。输入信号ts2可指示出该输入信号ts2是否到达预定时间t
ext
(例如定时器160的超时时间)。当定时器160于该模式中超时，驱动电路130可根据输入信号ts2产生驱动信号gd2，进而关闭开关q2。
[0082]
于操作中，定时器110可响应于开关q1的启用而启动(开始计时)。在经过一预定导通时间之后，驱动电路130可关闭开关q1及导通开关q2。在相对较重的负载下，反馈电压v
fb
会在定时器110超时之前下降至低于参考电压v
ref1
。切换式稳压器100可操作在位于人耳可听的音频范围之外的切换频率。控制信号cs可具有一信号电平或位型样(bit pattern)，以指示出切换式稳压器100并未进入一模式(亦即超声波模式)。当检测信号dt指示出电感电流i
l
到达该电流门限值时，驱动电路130可产生驱动信号gd2以关闭开关q2。
[0083]
当连接至切换式稳压器100的负载减轻时，定时器110可能会在反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref1
之前超时。举例来说，在相对较轻的负载下，输入信号ts1会被启用。当反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref2
时，控制器140可响应于输入信号ts1的启用，产生控制信号cs(其指示出该模式已启用)。驱动电路130可根据输入信号ts1导通开关q1。切换式稳压器100的切换周期可等于预定时间t
max
。相似地，从开关q1的启用开始，在经过一预定导通时间之后，驱动电路130可关闭开关q1以及导通开关q2。应注意，在该模式中，驱动电路130可延迟开关q2关闭的时间点。举例来说，当检测信号dt指示出电感电流i
l
到达该电流门限值时，驱动电路130不会关闭开关q2。相反地，驱动电路130可在比较信号cp2指示出反馈电压v
fb
低于参考电压v
ref2
时，关闭开关q2。又例如，当检测信号dt指示出电感电流i
l
到达该电流门限值时，可启动定时器160。定时器160可在反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref2
之前超时。驱动电路130可响应于输入信号ts2的启用关闭开关q2。
[0084]
接下来，当连接至切换式稳压器100的负载加重时，可停用或释放(release)该模式，使切换式稳压器100可离开该模式。例如，当反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref3
时，控制信号cs可指示出该模式已停用。参考电压v
ref3
可低于参考电压v
ref1
。
[0085]
图1所示的架构只是用来方便说明，并非用来限制本公开的范围。在某些实施例中，可省略定时器160。在某些实施例中，参考电压v
ref1
可作为参考电压v
ref3
。在某些实施例中，切换式稳压器100可通过其他降压型转换电路拓扑来实施。为方便理解本公开的内容，以下给出了图1所示的控制电路101的实施方式，以进一步说明本公开所提供之用于切换式稳压器的控制方案。采用图1所示的架构来实现的其他电路实施方式均属于本公开的范围。
[0086]
图2是本公开某些实施例的图1所示的控制电路101的实施方式。于此实施例中，控制电路201用于控制切换式稳压器200，其可作为图1所示的切换式稳压器100的实施方式。控制电路201可包含比较器220、驱动电路230、控制器240、检测电路250以及图1所示的定时器110与160。比较器220、驱动电路230、控制器240与检测电路250可分别作为图1所示的比较器120、驱动电路130、控制器140与检测电路150的实施方式。
[0087]
驱动电路230可包含(但不限于)驱动器232与234、导通时间信号产生器(on-time signal generator)236以及逻辑电路238。驱动器232可由供应电压v
cc
经由二极管d1来供电。二极管d1经由电容cs耦接于端点ns。驱动器232用以根据触发信号tr1产生驱动信号gd1。驱动器234由供应电压v
cc
来供电，用以根据触发信号tr2产生驱动信号gd2。导通时间信号产生器236用以根据触发信号tr1来产生导通时间控制信号ss。举例来说，从触发信号tr1启用开始而经过一预定时间后，导通时间信号产生器236可以使导通时间控制信号ss生效。
[0088]
逻辑电路238可包含与门a1～a3、反向器n1与n2、或门r1～r3，以及sr闩锁器(sr latch)lh1与lh2。sr闩锁器lh1的复位输入端r(reset input)以及sr闩锁器lh2的设定输入端(set input)s均耦接于导通时间控制信号ss。因此，当sr闩锁器lh1转变为复位状态(reset state)时，sr闩锁器lh2可转变为设定状态(set state)。也就是说，当驱动器232(由触发信号tr1所触发)关闭开关q1时，驱动器234(由触发信号tr2所触发)可导通开关q2。
[0089]
控制器240可包含比较器242与244，以及逻辑电路246。比较器242用以将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref2
作比较，以产生比较信号cp2。比较器244用以将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref3
作比较，以产生比较信号cp3。逻辑电路246耦接于定时器110、比较器242及比较器244。当输入信号ts1启用时，逻辑电路246可根据比较信号cp2将控制信号cs设定至一信号电平。逻辑电路246另可根据比较信号cp3将控制信号cs设定至另一信号电平。举例来说，逻辑电路246可包含与门a4、反向器n3及sr闩锁器lh3。当输入信号ts1因为定时器110超时而启用时，与门a4可根据比较信号cp2来设定sr闩锁器lh3之设定输入端s的状态。此外，比较信号cp3输入至sr闩锁器lh3之复位输入端r，进而设定复位输入端r的状态。
[0090]
图3是本公开某些实施例的图2所示之切换式稳压器200的控制方法的流程图。应注意，控制方法300可用于控制图1所示的切换式稳压器100，而不会悖离本公开的范围。此外，在某些实施例中，控制方法300可包含其他操作/步骤。在某些实施例中，可基于不同的顺序及/或不同的实施方式来执行控制方法300的操作/步骤。
[0091]
请连同图2来参阅图3，于操作302中，启动定时器110以测量自从触发信号tr1启用以来所经过的消逝时间。于操作304中，驱动器232可响应于触发信号tr1的启用，使驱动信号gd1生效，并据以导通开关q1。于操作306中，导通时间信号产生器236可被触发信号tr1启动，以计算自从触发信号tr1启用以来所经过的消逝时间。于操作308中，当所计算的消逝时间到达依预定导通时间时，导通时间信号产生器236可使导通时间控制信号ss生效。sr闩锁器lh1的输出q转变为低电位，以及sr闩锁器lh2的输出q转变为高电位。因此，驱动器232关
闭开关q1，以及驱动器234导通开关q2。电感电流i
l
减少，导致电压vs下降。
[0092]
于操作310中，检测电路250可产生检测信号dt，其指示出电感电流i
l
下降至等于或低于电流门限值i
zcd
。举例来说，电压vs可下降至低于参考电压v
zcd
，使检测信号dt处于启用状态，以指示出电感电流i
l
到达(或下降至低于)电流门限值i
zcd
。于操作312中，逻辑电路238可判断切换式稳压器200的一模式是否已启用。于该模式中，驱动电路230可延长开关q2关闭的时间点与开关q2关闭的时间点两者之间的间隔。当判断出该模式已停用或尚未启用，执行操作314。反之，执行操作324与326。
[0093]
于操作314中，由于控制信号csb与检测信号dt均为逻辑高电位，与门a2可输出一逻辑高信号。或门r2可根据该逻辑高信号来重置sr闩锁器lh2。因此，驱动器234可关闭开关q2。于操作316中，反馈电压v
fb
因为电容c
out
放电而降低。当反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref1
，回到操作302。
[0094]
于操作318中，输入信号ts1指示出自从触发信号tr1启用以来所经过的时间是到达预定时间t
max
，其中预定时间t
max
等于切换式稳压器200的最大允许切换周期。输入信号ts1处于启用状态。于操作320中，逻辑电路246可判断反馈电压v
fb
是否高于参考电压v
ref2
。当判断出反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref2
时，执行操作322。反之，会到操作302。举例来说，当比较信号cp2为逻辑低电位，逻辑电路246可判断出反馈电压v
fb
是低于参考电压v
ref2
。当比较信号cp2为逻辑高电位，逻辑电路246可判断出反馈电压v
fb
是否高于参考电压v
ref2
。于操作322，sr闩锁器lh3可转变至设定状态。控制信号cs转变为高电位，以指示出该模式已启用。
[0095]
于操作324中，逻辑电路238可判断反馈电压v
fb
是否下降至低于参考电压v
ref2
。当判断出反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref2
时，执行步骤328。举例来说，当比较信号cp2b(亦即，比较信号cp2的反相信号)为逻辑高电位时，逻辑电路238可判断出反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref2
。于操作326中，检测信号dt可启动定时器160以测量自从检测信号dt启用以来所经过的消逝时间。当上述消逝时间到达预定时间t
ext
时，执行操作328。于操作328中，或门r3与与门a3均输出一逻辑高信号。或门r2可重置sr闩锁器lh2。因此，驱动器234可关闭开关q2。
[0096]
于操作330中，逻辑电路246可判断反馈电压v
fb
是否低于参考电压v
ref3
。当判断出反馈电压v
fb
低于参考电压v
ref3
时，执行操作332。反之，执行操作318。举例来说，当比较信号cp3为逻辑高电位时，逻辑电路246可判断出反馈电压v
fb
低于参考电压v
ref3
。当比较信号cp3为逻辑低电位时，逻辑电路246可判断出反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref3
。于操作332中，sr闩锁器lh3可转变至复位状态。控制信号cs转变为低电位，以指示出该模式已停用。接着可执行操作316与318。
[0097]
图4是本公开某些实施例的图2所示之控制电路201的操作所涉及的信号波形图。请连同图2来参阅图4，在时间t0之前，切换式稳压器200可处在重载或中载(moderate load)的情形下。例如，连接至切换式稳压器200的负载103是重负载或中负载。在时间t0与时间t1之间，负载103减轻，输出电流i
out
随之下降。控制电路201可减缓切换式稳压器200的切换频率。
[0098]
于时间t1，可启动定时器110，以测量自从触发信号tr1启用以来所经过的一消逝时间。于时间t2，可使输入信号ts1生效/有效(rendered active)以指示出该消逝时间到达
预定时间t
max
。响应于输入信号ts1的启用，控制器240可在反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref2
的情形下将控制信号cs设为一逻辑高电位。切换式稳压器200进入一模式中，其中切换式稳压器200的切换频率在该模式中维持在高于人耳可听的音频范围的上限。举例来说，切换式稳压器200的最大允许切换周期可设为预定时间t
max
。
[0099]
于此实施例中，当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路230可阻止比较信号cp1控制开关q1。举例来说，在时间t2与时间t3之间，由于控制信号csb为逻辑低电位，与门a1可阻隔比较信号cp1。sr闩锁器lh1可响应于输入信号ts1而转变至设定状态。即使反馈电压v
fb
在输入信号ts1启用之前下降至低于参考电压v
ref1
，切换式稳压器200仍可具有恒定(或实质上恒定)的切换频率。
[0100]
此外，当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路230可用来阻止检测信号dt关闭开关q2。举例来说，在时间t2与时间t3之间，由于控制信号csb为逻辑低电位，与门a2可阻隔检测信号dt。一直到反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref1
之前，sr闩锁器lh2可以不转变至复位状态。
[0101]
于时间t3，输出电流i
out
随着负载103的加重而增加。由于输出电流i
out
增加，反馈电压v
fb
的谷值(valley point)会下降至较低的电压值。于时间点t4，反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref3
。sr闩锁器lh3可响应于比较信号cp3而转变至复位状态。控制信号cs转变至逻辑低电位，以指示出切换式稳压器200离开/退出(leave/exit)该模式。
[0102]
在某些实施例中，当电感电流i
l
具有相对较长的恢复时间(recovery time)，及/或电容c
out
经由负载103而放电时，输出电压v
out
可能会出现下冲(undershoot)的情形，使切换式稳压器200可能会意外地离开该模式。在高占空比(duty ratio)的应用中，很可能会发生电压下冲的情形。借由定时器160，控制电路201可降低电压下冲所造成的功能失效(functional failure)的可能性，或避免功能失效的情形发生。
[0103]
图5a是在省略或停用定时器160的某些实施例中，图2所示之控制电路201的操作所涉及的信号波形图。请连同图2来参阅图5a，切换式稳压器200可操作在该模式中，并具有与预定时间t
max
相等的切换周期。于时间ta，电感电流i
l
因为开关q1的导通而上升。于时间tb，检测信号dt指示出电感电流i
l
到达该电流门限值i
zcd
。由于该模式已启用，因此，可保持开关q2导通，而电感电流i
l
持续下降。于时间tc，由于反馈电压v
fb
下降至参考电压v
ref2
，因此开关q2关闭。从电感电流i
l
到达电流门限值i
zcd
以来，已经过一段时间t
ext0
。由于需要相对较长的时间使电感电流i
l
回到位准l
ini
，且电容c
out
持续地放电，因此，反馈电压v
fb
会在时间td下降至低于参考电压v
ref3
。当下一个切换周期开始时，切换式稳压器200可能会意外地离开该模式。
[0104]
图5b是本公开某些实施例的图2所示之控制电路201的操作所涉及的信号波形图。于此实施例中，当检测信号dt指示出电感电流i
l
到达该电流门限值i
zcd
时，可启动定时器160。请连同图2来参阅图5b，于时间ta’，电感电流i
l
因为开关q1的导通而上升。于时间tb’，检测信号dt指示出电感电流i
l
到达该电流门限值i
zcd
。由于该模式已启用，因此可保持开关q2导通。此外，定时器160可响应于检测信号dt而启动。于时间tc’，输入信号ts2指示出已经过了预定时间t
ext
。预定时间t
ext
会比图5a所示的一段时间t
ext0
来得短。因此，即使反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref2
，仍可关闭开关q2。于时间td’，反馈电压v
fb
高于参考电压v
ref3
。电压下冲所造成的功能失效情形将不会发生。
[0105]
通过本公开所提供的控制方案，用于切换式稳压器的控制电路可采用相对简单的电路结构来实施，以在轻载的情形下维持切换频率在人耳可听的音频范围之外，进而减少/消除由切换操作所造成的人耳可听见的噪音。此外，控制电路可弹性地延长开关(例如，低压侧开关)的导通时间，以实现能量平衡而不会造成功能失效。
[0106]
本公开所提供之采用两个参考电压的控制方案的一实施方式可大致归纳于图6。请连同图2来参阅图6，于操作602中，定时器110使输入信号ts1生效，以指示出自从启用开关q1以来所经过的消逝时间到达一最大允许切换周期(例如，预定时间t
max
)。于操作604中，当反馈电压v
fb
上升至高于参考电压v
ref2
时，控制器240可响应于输入信号ts1的启用，将控制信号cs设为一信号电平或位型样。切换式稳压器200进入一模式，诸如超声波模式。
[0107]
于操作606中，驱动电路230可保持开关q2导通，直到反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref2
为止。于操作608中，启动定时器160，以降低电压下冲所造成的功能失效的可能性，或避免功能失效的情形发生。举例来说，定时器160的超时时间可作为开关q2导通的时间点与开关q2关闭的时间点两者之间的最大允许时间间隔。于操作610中，当反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref3
时，控制器240可将控制信号cs设为另一信号电平或位型样，以停用/关闭该模式。
[0108]
应注意，控制方法600可用来控制图1所示之切换式稳压器100，而不会悖离本公开的范围。此外，在某些实施例中，控制方法600可包含其他操作。在某些实施例中，可基于不同的顺序及/或不同的实施方式来执行控制方法600的操作。由于本领域技术人员在阅读上述关于图1至图5b的段落说明之后，应可了解控制方法600的操作细节，因此进一步的说明在此便不再赘述。
[0109]
图7是本公开某些实施例的切换式稳压器的控制方法的流程图。为方便说明，控制方法700是基于图2所示之切换式稳压器200来说明。应注意，控制方法700可应用于图1所示之切换式稳压器100或其他类型的切换式稳压器，而不会悖离本公开的范围。此外，在某些实施例中，控制方法700可包含其他操作。在某些实施例中，可基于不同的顺序及/或不同的实施方式来执行控制方法700的操作。
[0110]
于操作702中，测量自从启用该切换式稳压器之一第一开关以来所经过的一第一消逝时间，并据以产生一第一输入信号，其指示出该第一消逝时间是否到达一第一预定时间。举例来说，定时器110可测量自从启用开关q1以来所经过的一消逝时间，并据以产生输入信号ts1，其指示出该消逝时间是否到达预定时间t
max
。于此实施例中，输入信号ts1可实施为一脉冲信号，其转变至高电位以指示出该消逝时间到达预定时间t
max
。
[0111]
于操作704中，将一反馈电压与一第一参考电压作比较以产生一第一比较信号，其中该反馈电压反映出该切换式稳压器的一输出电压。举例来说，比较器220可将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref1
作比较以产生比较信号cp1。
[0112]
于操作706中，将该反馈电压与高于该第一参考电压的一第二参考电压作比较，以产生一第二比较信号。举例来说，控制器240可将反馈电压v
fb
与高于参考电压v
ref1
的参考电压v
ref2
作比较，以产生比较信号cp2。
[0113]
于操作708中，当该第一输入信号启用时，根据该第二比较信号产生一控制信号。该控制信号指示出该切换式稳压器的一模式是否已启用。举例来说，当输入信号ts1启用时，控制器240可根据比较信号cp2产生控制信号cs。于此实施例中，与门a4的输出耦接于sr
闩锁器lh3的设定输入端s。因此，当输入信号ts1为逻辑高电位时，sr闩锁器lh3的输出可根据比较信号cp2来决定。
[0114]
于操作710中，当该控制信号指示出该模式启用时，根据该第一输入信号导通该第一开关。举例来说，当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路230可根据输入信号ts1导通开关q1。于此实施例中，当控制信号cs指示出该模式启用时，驱动电路230可阻止比较信号cp1控制开关q1。开关q1的切换周期可等于或实质上等于定时器110的超时时间。
[0115]
于操作712中，当该控制信号指示出该模式停用时，根据该第一输入信号与该第一比较信号的其中之一导通该第一开关。举例来说，当控制信号cs指示出该模式停用时，驱动电路230可根据输入信号ts1与比较信号cp1的其中之一导通开关q1。于此实施例中，当输入信号ts1指示出自从启用开关q1以所所经过的消逝时间到达预定时间t
max
时，驱动电路230可根据输入信号ts1导通开关q1。当输入信号ts1指示出自从启用开关q1以所所经过的消逝时间比预定时间t
max
来得短时(亦即，定时器110尚未超时)，驱动电路230可根据比较信号cp1导通开关q1。
[0116]
在某些实施例中，该反馈电压可与一第三参考电压作比较，以设定该控制信号的信号电平或位型样。该第三参考电压低于或等于该第一参考电压。举例来说，比较器244可将反馈电压v
fb
与参考电压v
ref3
作比较，以设定sr闩锁器lh3之输出q的状态。只要反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref3
，切换式稳压器200可离开该模式。
[0117]
在某些实施例中，可通过检测流经一电感之一电感电流是否到达一电流门限值，来产生一检测信号。该电感耦接至位于该第一开关与该切换式稳压器之一第二开关两者之间的一端点。当该控制信号指示出该模式启用时，根据该第二比较信号控制该第二开关。举例来说，检测电路250可检测电感电流i
l
是否到达一电流门限值，据以产生测信号dt。当控制信号cs指示出该模式启用时，由于与门a2可阻止检测信号dt控制开关q2，因此，可根据比较信号cp2b(而不是检测信号dt)来控制开关q2。此外，若定时器160在反馈电压v
fb
下降至低于参考电压v
ref2
之前超时，则开关q2可响应于输入信号ts2的启用而关闭，进而降低电压下冲所造成的功能失效的可能性。
[0118]
由于本领域技术人员在阅读上述关于图1至图6的段落说明之后，应可了解控制方法700的操作细节，因此进一步的说明在此便不再赘述。
[0119]
上文的叙述简要地提出了本公开某些实施例的特征，而使得本领域技术人员能够更全面地理解本公开的多种态样。本公开本领域技术人员当可理解，其可轻易地利用本公开内容作为基础，来设计或更动其他制程与结构，以实现与此处所述之实施方式相同的目的及/或到达相同的优点。本公开本领域技术人员应当明白，这些均等的实施方式仍属于本公开内容的精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本公开内容的精神与范围。

技术特征：
1.一种用于控制一切换式稳压器的控制电路，包含：一第一定时器，用以产生一第一输入信号，该第一输入信号指示出自从启用一驱动信号以来是否经过一第一预定时间，该切换式稳压器的一第一开关受控于该驱动信号；一第一比较器，用以将一反馈电压与一第一参考电压作比较以产生一第一比较信号，该反馈电压反映出该切换式稳压器的一输出电压；一驱动电路，耦接于该第一定时器与该第一比较器，该驱动电路受控于一控制信号，用以根据该第一输入信号与该第一比较信号的其中之一产生该驱动信号，该控制信号指示出该切换式稳压器的一模式是否已启用，其中当该控制信号指示出该模式启用时，该驱动电路用以根据该第一输入信号产生该驱动信号；以及一控制器，耦接于该驱动电路与该第一定时器，该控制器用以响应于该第一输入信号的启用，根据将该反馈电压与高于该第一参考电压的一第二参考电压作比较所得到的结果产生该控制信号。2.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当该反馈电压高于该第二参考电压时，该控制信号指示出该模式已启用。3.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，该控制器还被配置为将该反馈电压与一第三参考电压作比较以产生该控制信号；该第三参考电压低于或等于该第一参考电压。4.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，当该反馈电压低于该第三参考电压时，该控制信号指示出该模式已停用。5.如权利要求3所述的控制电路，其特征在于，该控制器包含：一第二比较器，用以将该反馈电压与该第二参考电压作比较以产生一第二比较信号；一第三比较器，用以将该反馈电压与该第三参考电压作比较以产生一第三比较信号；以及一逻辑电路，耦接于该第一定时器、该第二比较器与该第三比较器，其中该逻辑电路配置为当该第一输入信号启用时，根据该第二比较信号将该控制信号设为一信号电平；该逻辑电路配置为根据该第三比较信号将该控制信号设为另一信号电平。6.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当该控制信号指示出该模式启用时，该驱动电路还配置为阻止该第一比较信号控制该第一开关。7.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，还包含：一检测电路，耦接于该驱动电路，该检测电路配置为通过检测流经一电感之一电感电流是否到达一电流门限值，来产生一检测信号，其中该电感耦接至位于该第一开关与该切换式稳压器之一第二开关两者之间的一端点；其中，当该控制信号指示出该模式停用时，该驱动电路用以根据该检测信号关闭该第二开关；当该控制信号指示出该模式启用时，该驱动电路配置为根据将该反馈电压与该第二参考电压作比较所得到的结果关闭该第二开关。8.如权利要求7所述的控制电路，其特征在于，当该反馈电压于该模式中下降至低于该第二参考电压时，该驱动电路配置为关闭该第二开关。9.如权利要求7所述的控制电路，其特征在于，还包含：一第二定时器，耦接于该驱动电路与该检测电路，该第二定时器配置为产生一第二输入信号，该第二输入信号指示出自从该电感电流到达该电流门限值以来是否经过一第二预
定时间；其中，当该控制信号指示出该模式启用时，该驱动电路根据该第二输入信号关闭该第二开关。10.如权利要求9所述的控制电路，其特征在于，当该控制信号指示出该模式已启用，且该第二输入信号指示出自从该电感电流到达该电流门限值以来已经过该第二预定时间时，该驱动电路关闭该第二开关。11.如权利要求1所述的控制电路，其特征在于，当该控制信号指示出该模式启用时，该驱动信号具有与该第一预定时间相等的周期。12.一种切换式稳压器的控制方法，包含：测量自从启用该切换式稳压器之一第一开关以来所经过的一第一消逝时间，并据以产生一第一输入信号，该第一输入信号指示出该第一消逝时间是否到达一第一预定时间；将一反馈电压与一第一参考电压作比较以产生一第一比较信号，其中该反馈电压反映出该切换式稳压器的一输出电压；将该反馈电压与高于该第一参考电压的一第二参考电压作比较，以产生一第二比较信号；当该第一输入信号启用时，根据该第二比较信号产生一控制信号，其中该控制信号指示出该切换式稳压器的一模式是否已启用；当该控制信号指示出该模式启用时，根据该第一输入信号导通该第一开关；以及当该控制信号指示出该模式停用时，根据该第一输入信号与该第一比较信号的其中之一导通该第一开关。13.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，当该第二比较信号指示出该反馈电压高于该第二参考电压时，该控制信号指示出该模式已启用。14.如权利要求12所述的控制方法，还包含：根据将该反馈电压与一第三参考电压作比较所得到的结果产生该控制信号，其中该第三参考电压低于或等于该第一参考电压。15.如权利要求14所述的控制方法，其特征在于，当该反馈电压低于该第三参考电压时，该控制信号指示出该模式已停用。16.如权利要求12所述的控制方法，还包含：当该控制信号指示出该模式启用时，阻止该第一比较信号控制该第一开关。17.如权利要求12所述的控制方法，还包含：通过检测流经一电感之一电感电流是否到达一电流门限值，来产生一检测信号，其中该电感耦接至位于该第一开关与该切换式稳压器之一第二开关两者之间的一端点；当该控制信号指示出该模式停用时，根据该检测信号控制该第二开关；以及当该控制信号指示出该模式启用时，根据该第二比较信号控制该第二开关。18.如权利要求17所述的控制方法，其特征在于，根据该第二比较信号控制该第二开关的步骤包含：当该第二比较信号指示出该反馈电压下降至低于该第二参考电压时，关闭该第二开关。19.如权利要求17所述的控制方法，还包含：
测量自从该检测信号指示出该电感电流到达该电流门限值以来所经过的一第二消逝时间，并据以产生一第二输入信号，该第二输入信号指示出该第二消逝时间是否到达一第二预定时间；以及当该控制信号指示出该模式已启用，且该第二输入信号指示出该第二消逝时间到达该第二预定时间时，关闭该第二开关。20.如权利要求12所述的控制方法，其特征在于，根据该第一输入信号与该第一比较信号的其中之一导通该第一开关的步骤包含：当该第一输入信号指示出该第一消逝时间到达该第一预定时间时，根据该第一输入信号导通该第一开关；以及当该第一输入信号指示出该第一消逝时间比该第一预定时间短时，根据该第一比较信号导通该第一开关。

技术总结
一种用于控制切换式稳压器的控制电路，其包含定时器、比较器、驱动电路及控制器。该定时器用以产生输入信号，该输入信号指示出自从启用驱动信号以来是否经过预定时间。该比较器用以将反馈电压与参考电压作比较以产生比较信号。该驱动电路受控于控制信号，用以根据该输入信号与该比较信号的其中之一产生该驱动信号。该控制信号指示出一模式是否已启用。当该模式启用时，该驱动电路用以根据该输入信号产生该驱动信号。该控制器用以响应于该输入信号的启用，根据将该反馈电压与高于该参考电压的另一参考电压作比较所得到的结果产生该控制信号。信号。信号。


技术研发人员：张冀广 蔡正雄
受保护的技术使用者：万国半导体国际有限合伙公司
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/9/26