降壓型切換式電源供應(yīng)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提出一種降壓型切換式電源供應(yīng)器，包含一功率級(jí)、一驅(qū)動(dòng)電路以及一靴帶電容。功率級(jí)包括上橋開關(guān)、下橋開關(guān)與電感。上橋開關(guān)電連接于輸入端與切換節(jié)點(diǎn)之間。下橋開關(guān)電連接于切換節(jié)點(diǎn)與地之間。電感驅(qū)動(dòng)電路系用以控制上橋開關(guān)與下橋開關(guān)的操作。靴帶電容電連接于升壓節(jié)點(diǎn)與切換節(jié)點(diǎn)之間，且升壓節(jié)點(diǎn)電連接于供應(yīng)電壓。當(dāng)靴帶電容的跨壓小于參考電壓時(shí)，下橋開關(guān)導(dǎo)通，以自供應(yīng)電壓對(duì)靴帶電容充電。當(dāng)充電達(dá)預(yù)定時(shí)段，或當(dāng)電感電流到達(dá)默認(rèn)值時(shí)，停止對(duì)靴帶電容充電。
【專利說明】降壓型切換式電源供應(yīng)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種降壓型切換式電源供應(yīng)器，特別是指一種整體能源利用效率佳的高效率降壓型切換式電源供應(yīng)器。
【背景技術(shù)】
[0002]圖1示出現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器的示意圖?，F(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10的功率級(jí)11包含上橋開關(guān)MA、下橋開關(guān)MB與電感L，共同電連接于一切換節(jié)點(diǎn)Lx，且受驅(qū)動(dòng)電路12所控制。驅(qū)動(dòng)電路12所包含的上橋驅(qū)動(dòng)電路121及下橋驅(qū)動(dòng)電路122分別根據(jù)第一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S121及第二驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S122，產(chǎn)生第一操作訊號(hào)SA及第二操作訊號(hào)SB，以切換上橋開關(guān)MA及下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通(ON)與關(guān)閉(OFF),以將電能從輸入端IN傳送給輸出端OUT (驅(qū)動(dòng)電路12中的其它部份省略)。
[0003]當(dāng)電源所提供的輸入電壓Vin為高壓時(shí)，為提供足夠的驅(qū)動(dòng)能力，如圖1所示，現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10通常會(huì)在驅(qū)動(dòng)電路12內(nèi)部的供應(yīng)電壓Vdd和上橋開關(guān)MA的源極之間，意即在升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT和切換節(jié)點(diǎn)Lx之間設(shè)置一靴帶電容CB00T，以提供上橋開關(guān)MA的柵極和源極之間所需的壓差。靴帶電容CBOOT的跨壓Vcap用以提供作為上橋驅(qū)動(dòng)電路121的工作電壓。當(dāng)下橋開關(guān)MB導(dǎo)通時(shí)，自驅(qū)動(dòng)電路12內(nèi)部的供應(yīng)電壓Vdd經(jīng)二極管13對(duì)靴帶電容CBOOT充電，使得當(dāng)下橋開關(guān)MB關(guān)閉時(shí)，升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的電壓可到達(dá)Vcap+VLx，故升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的電壓(Vcap+VLx)與切換節(jié)點(diǎn)Lx的電壓(VLx)之間的壓差可到達(dá)Vcap，以供上橋驅(qū)動(dòng)電路121操作所需。設(shè)置二極管13的目的是在升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的電壓高于供應(yīng)電壓Vdd時(shí)，防止電流從升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT逆流進(jìn)入供應(yīng)電壓Vdd，因而損害供應(yīng)電壓Vdd。在輸出端OUT連接一系統(tǒng)負(fù)載16或一電池(未繪示)時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載16處于耗電的動(dòng)作模式，意即當(dāng)需要現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10提供電能時(shí)，由于上橋開關(guān)MA及下橋開關(guān)MB持續(xù)切換導(dǎo)通與關(guān)閉的動(dòng)作以將電能從輸入端IN傳送給輸出端OUT提供給系統(tǒng)負(fù)載16，因此靴帶電容CBOOT將經(jīng)常被充電更新，其上的跨壓會(huì)保持在需要的位準(zhǔn)。
[0004]然而，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載16處于待機(jī)模式，意即當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載16不牦電或僅輕微耗電時(shí)，此時(shí)因不需要將電能從輸入端IN傳送給輸出端0UT，因此上橋開關(guān)MA及下橋開關(guān)MB皆關(guān)閉而不動(dòng)作，在此情況下靴帶電容CBOOT將不會(huì)被充電更新，其內(nèi)的電荷會(huì)流失而使跨壓逐漸下降。而在某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載16又恢復(fù)動(dòng)作而進(jìn)入耗電的動(dòng)作模式時(shí)，此時(shí)現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10又需要再提供電能給輸出端0UT，但由于靴帶電容CBOOT上的跨壓不足導(dǎo)致升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的電壓不足，因此上橋驅(qū)動(dòng)電路121的驅(qū)動(dòng)力將無法導(dǎo)通上橋開關(guān)MA，故現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10于重新啟動(dòng)時(shí)，必須先對(duì)靴帶電容CBOOT充電。其充電方式是先導(dǎo)通下橋開關(guān)MB，使切換節(jié)點(diǎn)Lx連接于地，于是供應(yīng)電壓Vdd可經(jīng)二極管13對(duì)靴帶電容CBOOT充電。
[0005]請(qǐng)參考圖2，其顯示現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10浪費(fèi)能源的示意圖。在上述自待機(jī)模式恢復(fù)到動(dòng)作模式的過程中，由于必須先導(dǎo)通下橋開關(guān)MB(如圖2所示的從時(shí)間點(diǎn)“重新啟動(dòng)”至?xí)r間點(diǎn)Tl的期間，意即下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間(ON-time)為Λ TB)，因此造成電流從輸出端OUT反方向地流至下橋開關(guān)MB。又，從時(shí)間點(diǎn)Tl至?xí)r間點(diǎn)T2的期間，當(dāng)上橋開關(guān)MA導(dǎo)通，下橋開關(guān)MB關(guān)閉時(shí)，電流會(huì)從輸出端OUT反方向地流至上橋開關(guān)MA。以上動(dòng)作，由于下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間(ON-time)為Λ TB過長(zhǎng)，以致自輸出端OUT反向傳遞的電能過多，如此將造成整體能源效率的浪費(fèi)，且若控制不當(dāng)，將造成自輸出端OUT對(duì)輸入端IN的升壓操作。此外，當(dāng)輸出端OUT連接于一電池(未繪示)時(shí)，會(huì)使該電池不斷放電。
[0006]為了解決上述缺陷，美國(guó)專利US7235955中提出一種解決方案，但其控制方式較為復(fù)雜。
[0007]有鑒于此，本實(shí)用新型即針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種可以改善整體能源效率利用的高效率降壓型切換式電源供應(yīng)器。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足與缺陷，提出一種可以改善整體能源效率利用的高效率降壓型切換式電源供應(yīng)器。
[0009]為達(dá)上述目的，就其中一觀點(diǎn)言，本實(shí)用新型提供了一種降壓型切換式電源供應(yīng)器，用以將一輸入端提供的一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一輸出電壓于一輸出端，包含:(I) 一功率級(jí)，包括:一上橋開關(guān)，其一端電連接于該輸入端，其另一端電連接于一切換節(jié)點(diǎn)；一下橋開關(guān)，其一端電連接于該切換節(jié)點(diǎn)，其另一端電連接于地；以及一電感，其一端電連接于該切換節(jié)點(diǎn)，其另一端電連接于該輸出端；(2) —靴帶電容，電連接于一升壓節(jié)點(diǎn)與該切換節(jié)點(diǎn)之間，且該升壓節(jié)點(diǎn)電連接于一供應(yīng)電壓；以及⑶一驅(qū)動(dòng)電路，用以控制該上橋開關(guān)與該下橋開關(guān)的操作，該驅(qū)動(dòng)電路包括:一控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生控制訊號(hào)以決定該上橋開關(guān)與該下橋開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間；以及一靴帶電容充電控制電路，其判斷該靴帶電容的跨壓是否小于一參考電壓，當(dāng)該靴帶電容的跨壓小于該參考電壓時(shí)，該靴帶電容充電控制電路輸出訊號(hào)給該控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，以導(dǎo)通該下橋開關(guān)而自該供應(yīng)電壓對(duì)該靴帶電容充電。
[0010]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該靴帶電容充電控制電路判斷自該靴帶電容的跨壓小于該參考電壓起是否已達(dá)一預(yù)定時(shí)段，而當(dāng)?shù)竭_(dá)該預(yù)定時(shí)段時(shí)，該靴帶電容充電控制電路輸出訊號(hào)給該控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，以停止導(dǎo)通該下橋開關(guān)。
[0011]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該靴帶電容充電控制電路包括:一比較電路，將該靴帶電容的跨壓與該參考電壓比較，以產(chǎn)生一比較電路輸出訊號(hào)；一導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器，當(dāng)該比較電路的輸出訊號(hào)顯示該靴帶電容的跨壓小于該參考電壓時(shí)，該導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器開始計(jì)算一預(yù)定時(shí)段，而當(dāng)?shù)竭_(dá)該預(yù)定時(shí)段時(shí)，該導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器產(chǎn)生一計(jì)時(shí)輸出訊號(hào)；以及一栓鎖電路，其接收該比較電路輸出訊號(hào)與該計(jì)時(shí)輸出訊號(hào)作為設(shè)定與重設(shè)訊號(hào)。
[0012]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該靴帶電容充電控制電路判斷該電感的電流是否到達(dá)一參考電流，而當(dāng)該電感的電流到達(dá)該參考電流時(shí)，該靴帶電容充電控制電路輸出訊號(hào)給該控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，以停止導(dǎo)通該下橋開關(guān)。
[0013]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該靴帶電容充電控制電路包括:一比較電路，將該靴帶電容的跨壓與該參考電壓比較，以產(chǎn)生一比較電路輸出訊號(hào)；一電流比較電路，比較該電感的電流與一參考電流而產(chǎn)生電流比較訊號(hào)；以及一栓鎖電路，其接收該比較電路輸出訊號(hào)與該電流比較訊號(hào)作為設(shè)定與重設(shè)訊號(hào)。
[0014]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該降壓型切換式電源供應(yīng)器還包含一個(gè)二極管，其陽(yáng)極電連接于該供應(yīng)電壓，其陰極電連接于該升壓節(jié)點(diǎn)。
[0015]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該降壓型切換式電源供應(yīng)器還包含一電源保護(hù)開關(guān)，其一端電連接于該輸入端，其另一端電連接于該上橋開關(guān)，用以保護(hù)該輸入端所連接的一電源。
[0016]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該電源保護(hù)開關(guān)包括一晶體管，電連接于該輸入端與該上橋開關(guān)之間，該晶體管具有一寄生二極管，該寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向可阻擋自該上橋開關(guān)流往該輸入端的逆電流，或是該晶體管具有可調(diào)極性的寄生二極管。
[0017]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該輸出端電連接于一系統(tǒng)負(fù)載或一電池。
[0018]在一種較佳的實(shí)施型態(tài)中，該輸出端經(jīng)由一晶體管電連接于該電池，該晶體管具有一寄生二極管，該寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向可阻擋自該輸出端流往該電池的電流，或是該晶體管具有可調(diào)極性的寄生二極管，以控制對(duì)該電池的充電。
[0019]下面通過具體實(shí)施例詳加說明，當(dāng)更容易了解本實(shí)用新型的目的、技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)及其所達(dá)成的功效。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1顯示現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器的示意圖；
[0021]圖2顯示現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器浪費(fèi)能源的示意圖；
[0022]圖3顯示本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例的高效率降壓型切換式電源供應(yīng)器的示意圖；
[0023]圖4顯示本實(shí)用新型的靴帶電容充電控制電路的實(shí)施例示意圖；
[0024]圖5顯示本實(shí)用新型的靴帶電容充電控制電路的另一實(shí)施例示意圖；
[0025]圖6顯示本實(shí)用新型較現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器能源利用效率佳的示意圖；
[0026]圖7A-7B顯示本實(shí)用新型的電源保護(hù)開關(guān)的數(shù)個(gè)實(shí)施例；
[0027]圖8A-8C顯示本實(shí)用新型的輸出端電連接于系統(tǒng)負(fù)載或電池的數(shù)個(gè)實(shí)施例。
[0028]圖中符號(hào)說明
[0029]〔現(xiàn)有技術(shù)〕
[0030]10現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器
[0031]12現(xiàn)有驅(qū)動(dòng)電路
[0032]Tl~T3現(xiàn)有時(shí)間
[0033]Λ TB現(xiàn)有導(dǎo)通時(shí)間
[0034]〔本實(shí)用新型〕
[0035]20降壓型切換式電源供應(yīng)器 [0036]11功率級(jí)
[0037]121上橋驅(qū)動(dòng)電路
[0038]122下橋驅(qū)動(dòng)電路
[0039]123比較電路
[0040]124栓鎖電路
[0041]125導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器[0042]126電流比較電路
[0043]13二極管
[0044]14電源保護(hù)開關(guān)
[0045]16系統(tǒng)負(fù)載
[0046]22驅(qū)動(dòng)電路
[0047]221控制訊號(hào)產(chǎn)生電路
[0048]222靴帶電容充電控制電路
[0049]BAT電池
[0050]CBOOT靴帶電容
[0051]FB回授訊號(hào)
[0052]IL電感電流
[0053]IN輸入端
[0054]Iref參考電流
[0055]L電感
[0056]Lx切換節(jié)點(diǎn)
[0057]MA上橋開關(guān)
[0058]MB下橋開關(guān)
[0059]NI節(jié)點(diǎn)
[0060]OUT輸出端
[0061]Ql, Q3晶體管
[0062]Q2，Q4可調(diào)極性晶體管
[0063]R電阻
[0064]S121第一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)
[0065]S122第二驅(qū)動(dòng)訊號(hào)
[0066]SA第一操 作訊號(hào)
[0067]SB第二操作訊號(hào)
[0068]tl ~t3時(shí)間
[0069]Atb參考時(shí)間
[0070]VBOOT升壓節(jié)點(diǎn)
[0071]Vcap跨壓
[0072]Vdd供應(yīng)電壓
[0073]Vin輸入電壓
[0074]VLx切換節(jié)點(diǎn)電壓
[0075]Vout輸出電壓
[0076]Vref參考電壓
【具體實(shí)施方式】
[0077]有關(guān)本實(shí)用新型的 前述及其它技術(shù)內(nèi)容、特點(diǎn)與功效，在以下配合參考圖式的一較佳實(shí)施例的詳細(xì)說明中，將 可清楚的呈現(xiàn)。以下實(shí)施例中所提到的方向用語，例如:上、下、左、右、前或后等，僅是參考附加圖式的方向。本實(shí)用新型中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間的功能作用關(guān)系，至于形狀、厚度與寬度則并未依照比例繪制。
[0078]請(qǐng)參考圖3，其顯示本實(shí)用新型第一個(gè)實(shí)施例的降壓型切換式電源供應(yīng)器的示意圖。本實(shí)施例的降壓型切換式電源供應(yīng)器20包含一功率級(jí)11、一驅(qū)動(dòng)電路22以及一靴帶電容CB00T，此外可選擇性地(非必須)包含一二極管13與一電源保護(hù)開關(guān)14。本實(shí)施例的降壓型切換式電源供應(yīng)器20的功率級(jí)11包括一個(gè)上橋開關(guān)MA、下橋開關(guān)MB與電感L。上橋開關(guān)MA、下橋開關(guān)MB與電感L共同電連接于一切換節(jié)點(diǎn)Lx，且受驅(qū)動(dòng)電路22所控制。在本實(shí)施例中，上橋開關(guān)MA例如但不限于可為NMOS晶體管，下橋開關(guān)MB例如但不限于可為NMOS晶體管或PMOS晶體管。詳言之，上橋開關(guān)MA的一端電連接于輸入端IN，而其另一端電連接于切換節(jié)點(diǎn)Lx。下橋開關(guān)MB的一端電連接于切換節(jié)點(diǎn)Lx,而其另一端電連接地。電感L的一端電連接于切換節(jié)點(diǎn)Lx，而其另一端電連接于輸出端OUT。驅(qū)動(dòng)電路22包含上橋驅(qū)動(dòng)電路121、下上橋驅(qū)動(dòng)電路121、控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221以及靴帶電容充電控制電路222?？刂朴嵦?hào)產(chǎn)生電路221產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S121及第二驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S122，而驅(qū)動(dòng)電路22所包含的上橋驅(qū)動(dòng)電路121及下橋驅(qū)動(dòng)電路122分別根據(jù)第一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S121及第二驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S122，產(chǎn)生第一操作訊號(hào)SA及第二操作訊號(hào)SB，以切換上橋開關(guān)MA及下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通(ON)與關(guān)閉(0FF)，以將電能從輸入端IN傳送給輸出端OUT。在正常操作時(shí)，控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221例如可根據(jù)回授訊號(hào)FB來產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S121及第二驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S122以決定上橋開關(guān)MA與下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間，而回授訊號(hào)FB例如可相關(guān)于輸出電壓Vout或電感電流IL ;當(dāng)靴帶電容CBOOT的電壓下降而需要充電時(shí)，控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221可根據(jù)靴帶電容充電控制電路222的輸出來產(chǎn)生第一驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S121及第二驅(qū)動(dòng)訊號(hào)S122。
[0079]在本實(shí)施例中，輸出端OUT可電連接一系統(tǒng)負(fù)載(未繪不)或一電池(未繪不)(關(guān)于輸出端OUT電連接于系統(tǒng)負(fù)載或電池的數(shù)個(gè)實(shí)施例容后說明)，據(jù)此對(duì)系統(tǒng)負(fù)載或電池進(jìn)行供電。本實(shí)施例在升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT和一節(jié)點(diǎn)NI之間(意即在升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT和切換節(jié)點(diǎn)Lx之間)設(shè)置一靴帶電容CB00T，以提供上橋開關(guān)MA的柵極和源極之間所需的壓差。靴帶電容CBOOT位于升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT與切換節(jié)點(diǎn)Lx之間的跨壓Vcap用以提供作為上橋驅(qū)動(dòng)電路121的工作電壓。在本實(shí)施例中，靴帶電容CBOOT例如但不限于設(shè)置于驅(qū)動(dòng)電路22的外部。于其它實(shí)施例中，靴帶電容CBOOT亦可整合至驅(qū)動(dòng)電路22的內(nèi)部。本實(shí)施例亦包含一個(gè)二極管13，其陽(yáng)極電連接于驅(qū)動(dòng)電路22內(nèi)部的一個(gè)供應(yīng)電壓Vdd，其陰極電連接于升壓節(jié)點(diǎn)VB00T，其中供應(yīng)電壓Vdd例如但不限于可自輸入電壓Vin取得。設(shè)置二極管13的目的如前所述，是在升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的電壓高于供應(yīng)電壓Vdd時(shí)，防止電流從升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的逆流進(jìn)入供應(yīng)電壓Vdd，因而損害供應(yīng)電壓Vdd。
[0080]以下說明本實(shí)用新型如何高效率地利用電能。
[0081]請(qǐng)參考圖3-6。當(dāng)系統(tǒng)負(fù)載(未繪示)欲從待機(jī)模式(無載或輕載)進(jìn)入動(dòng)作模式時(shí)，降壓型切換式電源供應(yīng)器20需從上橋開關(guān)MA及下橋開關(guān)MB皆被關(guān)閉的狀態(tài)下重新啟動(dòng)。此時(shí)，靴帶電容CBOOT的跨壓Vcap已經(jīng)因?yàn)殡姾傻牧魇Ф档?，以致不足于提供作為上橋?qū)動(dòng)電路121的工作電壓。
[0082]如圖4所示，在第一種實(shí)施方式中，靴帶電容充電控制電路222中可包含比較電路123、栓鎖電路124、導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器125。比較電路123判斷跨壓Vcap是否小于一參考電壓Vref而產(chǎn)生比較電路輸出訊號(hào)，其中，參考電壓Vref的位準(zhǔn)可參考上橋開關(guān)MA所需的驅(qū)動(dòng)力、以及降壓型切換式電源供應(yīng)器20重新啟動(dòng)時(shí)所希望的反應(yīng)時(shí)間來決定。若跨壓Vcap小于參考電壓Vref，則比較電路123產(chǎn)生的比較電路輸出訊號(hào)設(shè)定(set)栓鎖電路124的輸出，于是從時(shí)間點(diǎn)“重新啟動(dòng)”至?xí)r間點(diǎn)tl的期間(如圖6所示)，控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221導(dǎo)通下橋開關(guān)MB，于此期間，上橋開關(guān)MA處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)下橋開關(guān)MB導(dǎo)通時(shí)，切換節(jié)點(diǎn)Lx的電壓(VLx)因?yàn)榻拥囟鵀?V，造成供應(yīng)電壓Vdd經(jīng)由二極管13對(duì)靴帶電容CBOOT充電。故，升壓節(jié)點(diǎn)VBOOT的電壓(Vcap+VLx)與切換節(jié)點(diǎn)Lx的電壓(VLx)之間的壓差可到達(dá)Vcap,以供上橋驅(qū)動(dòng)電路121操作所需。
[0083]由于從時(shí)間點(diǎn)“重新啟動(dòng)”至?xí)r間點(diǎn)tl的期間，也就是下橋開關(guān)MB導(dǎo)通時(shí)，電流從輸出端OUT反方向地流至下橋開關(guān)MB。為了防止自輸出端OUT反向傳遞的電能過多，而造成整體能源效率的浪費(fèi)，本實(shí)用新型提供兩種解決方案，一種是于對(duì)靴帶電容CBOOT充電時(shí)，控制下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間；另一種是于對(duì)靴帶電容CBOOT充電時(shí)，偵測(cè)電感電流IL。以下說明此二種解決方案。
[0084]在圖4所示的第一種實(shí)施方式中，靴帶電容充電控制電路222中設(shè)置了一個(gè)導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器125，于對(duì)靴帶電容CBOOT充電時(shí)，控制下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間(意即如圖6所示的從時(shí)間點(diǎn)“重新啟動(dòng)”至?xí)r間點(diǎn)tl的期間，也就是Atb)。當(dāng)跨壓Vcap小于參考電壓Vref以致比較電路輸出訊號(hào)變換位準(zhǔn)時(shí)，自該時(shí)間點(diǎn)起，導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器125開始計(jì)時(shí)；當(dāng)計(jì)時(shí)到達(dá)預(yù)定時(shí)段時(shí)(對(duì)應(yīng)于Λ tb)，則導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器125產(chǎn)生計(jì)時(shí)輸出訊號(hào)重設(shè)(reset)栓鎖電路124的輸出，而控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221對(duì)應(yīng)地停止導(dǎo)通下橋開關(guān)MB。
[0085]據(jù)此，本實(shí)用新型于重新啟動(dòng)或是其它需要對(duì)靴帶電容CBOOT充電時(shí)，一方面判斷跨壓Vcap是否小于一參考電壓Vref，若是，則導(dǎo)通下橋開關(guān)MB ;且另一方面，本實(shí)用新型利用導(dǎo)通定時(shí)器125，決定下橋開關(guān)MB的停止導(dǎo)通時(shí)間，據(jù)此防止自輸出端OUT反向傳遞的電能過多。
[0086]接下來，請(qǐng)看第二種解決方案。如圖5所示，在第二種實(shí)施方式中，靴帶電容充電控制電路222中可包含比較電路123、栓鎖電路124、電流比較電路126。比較電路123判斷跨壓Vcap是否小于一參考電壓Vref而產(chǎn)生比較電路輸出訊號(hào)，若跨壓Vcap小于參考電壓Vref，表示需要對(duì)靴帶電容CBOOT充電，此時(shí)比較電路123產(chǎn)生的比較電路輸出訊號(hào)設(shè)定(set)栓鎖電路124的輸出，于是控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221導(dǎo)通下橋開關(guān)MB，對(duì)應(yīng)于圖6中的“重新啟動(dòng)”時(shí)間點(diǎn)。另一方面，電流比較電路126判斷電感電流IL是否到達(dá)參考電流Iref而產(chǎn)生電流比較訊號(hào)，其中參考電流Iref為基于設(shè)計(jì)需要所決定的一默認(rèn)值，例如可根據(jù)靴帶電容CBOOT的充電需求、電感L的電感值、以及避免電流從輸出端OUT反方向流動(dòng)過多而使降壓型切換式電源供應(yīng)器20變成逆向的升壓轉(zhuǎn)換電路等考慮來決定該默認(rèn)值。當(dāng)電流比較電路126判斷電感電流IL到達(dá)參考電流Iref時(shí)，其所產(chǎn)生的電流比較訊號(hào)重設(shè)(reset)栓鎖電路124的輸出，而控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221對(duì)應(yīng)地停止導(dǎo)通下橋開關(guān)MB。。
[0087]請(qǐng)參閱圖6，在上橋驅(qū)動(dòng)電路122關(guān)閉下橋開關(guān)MB后(從時(shí)間點(diǎn)tl之后的時(shí)間)，上橋開關(guān)MA可被順利導(dǎo)通(因?yàn)樯龎汗?jié)點(diǎn)VBOOT的電壓(Vcap+VLx)與切換節(jié)點(diǎn)Lx的電壓(VLx)之間的壓差此時(shí)可到達(dá)Vcap，以供上橋驅(qū)動(dòng)電路121操作所需)。而在時(shí)間點(diǎn)t2之后，上橋開關(guān)MA及下橋開關(guān)MB恢復(fù)了正常的切換模式，因此重新將電能從輸入端IN傳送給輸出端OUT,以對(duì)系統(tǒng)負(fù)載供電。
[0088]參閱圖6可知，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)是:由于本實(shí)用新型于重新啟動(dòng)時(shí)，導(dǎo)通下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間僅有Λ tb，因此，對(duì)靴帶電容CBOOT重新充電時(shí)，從輸出端OUT反方向地流至下橋開關(guān)MB的電流，相較于現(xiàn)有降壓型切換式電源供應(yīng)器10，僅屬非常少量，可大幅減少耗能。此外，由于電感電流上的逆向趨勢(shì)較小，因此本實(shí)用新型較不易進(jìn)入逆向升壓操作，且可較早恢復(fù)正常的切換操作(下橋開關(guān)MB的導(dǎo)通時(shí)間Atb小于導(dǎo)通時(shí)間ΛΤΒ，因此時(shí)間點(diǎn)t2早于時(shí)間點(diǎn)T2)，故，本實(shí)用新型明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)。
[0089]請(qǐng)參考圖7A-7B，其顯示本實(shí)用新型設(shè)置電源保護(hù)開關(guān)14的數(shù)個(gè)實(shí)施例。在本實(shí)用新型的某些應(yīng)用中，可以在輸入端IN與上橋開關(guān)MA之間設(shè)置一個(gè)電源保護(hù)開關(guān)14(如圖3所示)，此電源保護(hù)開關(guān)14具有防止電流逆流的功能。電源保護(hù)開關(guān)14包括一晶體管Ql (如圖7A所示)或一可調(diào)寄生二極管極性的晶體管Q2(如圖7B所示)。在圖7A所示實(shí)施例中，晶體管Ql的寄生二極管陽(yáng)極電連接于輸入端IN，其陰極電連接于上橋開關(guān)MA，亦即晶體管Ql的寄生二極管極性與上橋開關(guān)MA的寄生二極管極性方向相反，因此當(dāng)上橋開關(guān)MA那端的電壓高于輸入電壓Vin時(shí)，晶體管Ql的寄生二極管可阻擋自上橋開關(guān)MA流往輸入端IN的逆電流?；蛘?，可如圖7B所示，由于晶體管Q2的寄生二極管的極性方向可調(diào)，因此當(dāng)上橋開關(guān)MA那端的電壓高于輸入電壓Vin時(shí)，為防止電流逆流，可以使該寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向與電流逆流的方向相反；又例如當(dāng)上橋開關(guān)MA那端的電壓低于輸入電壓Vin且為了防止電流從輸入電壓Vin順流到上橋開關(guān)MA那端時(shí)(例如欲停止降壓型切換式電源供應(yīng)器20的操作時(shí))，則使該寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向與電流順流的方向相反。如此，可提供電源保護(hù)或控制的功能。
[0090]請(qǐng)參考圖8A-8C，其顯示本實(shí)用新型的輸出端電連接于系統(tǒng)負(fù)載或電池的數(shù)個(gè)實(shí)施例。本實(shí)用新型的輸出端OUT可以電連接于一系統(tǒng)負(fù)載16或一電池BAT。系統(tǒng)負(fù)載16例如但不限于可為手持電子裝置或其它外接設(shè)備等；而電池BAT例如但不限于可為裝置或行動(dòng)電源等內(nèi)含或外接的電池。請(qǐng)參考如圖8A所示的一實(shí)施例，輸出端OUT可經(jīng)由一電阻R電連接于系統(tǒng)負(fù)載16與電池BAT，據(jù)此電阻R可偵測(cè)輸出電流而產(chǎn)生回授訊號(hào)，以控制對(duì)電池BAT的充電。請(qǐng)參考如圖8B所示的另一實(shí)施例，輸出端OUT可經(jīng)由一晶體管Q3電連接于電池BAT，通過控制晶體管Q3的導(dǎo)通狀態(tài)，可以控制輸出電壓Vout對(duì)電池BAT的充電。此外，請(qǐng)參考如圖8C所示的又一實(shí)施例，輸出端OUT可經(jīng)由一可調(diào)寄生二極管極性的晶體管Q4電連接于電池BAT，通過控制晶體管Q4的導(dǎo)通狀態(tài)，可以控制輸出電壓Vout對(duì)電池BAT的充電?？烧{(diào)極性晶體管Q4具有一極性方向可調(diào)的寄生二極管，在輸出端OUT對(duì)電池BAT充電時(shí)可使寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向與該充電方向相反，又當(dāng)需要對(duì)靴帶電容CBOOT充電時(shí)則可使寄生二極管的陽(yáng)極朝向輸出端OUT而陰極朝向電池BAT，以避免電池BAT不當(dāng)放電。
[0091]以上已針對(duì)較佳實(shí)施例來說明本實(shí)用新型，只是以上所述，僅為使本領(lǐng)域技術(shù)人員易于了解本實(shí)用新型的內(nèi)容，并非用來限定本實(shí)用新型的權(quán)利范圍。在本實(shí)用新型的相同精神下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以思及各種等效變化。例如，在所示各實(shí)施例電路中，可插入不影響訊號(hào)主要意義的元件，如其它開關(guān)等。再例如，若控制訊號(hào)產(chǎn)生電路221的輸出位準(zhǔn)已足夠驅(qū)動(dòng)上橋開關(guān)MA與下橋開關(guān)MB，則上橋驅(qū)動(dòng)電路121和下橋驅(qū)動(dòng)電路122可以省略。又例如，比較電路不限于為比較器，如將史密斯觸發(fā)器(Smith trigger)的轉(zhuǎn)態(tài)點(diǎn)設(shè)在參考電壓Vref，則史密斯觸發(fā)器也具有比較功能而可視為一種比較電路。又例如，在實(shí)施例與圖標(biāo)中，比較電路123將跨壓Vcap與參考電壓Vref比較，而電流比較電路126將電感電流IL與參考電流Iref相比較，此僅為表示概念，亦可跨壓Vcap的分壓與參考電壓Vref的分壓比較，或?qū)㈦姼须娏鱅L的比例值與參考電流Iref的比例值相比較，應(yīng)視為等效。又例如，栓鎖電路124的“設(shè)定”與“重設(shè)”輸入可互換，僅需對(duì)應(yīng)改變其輸出的處理方式即可。凡此種種，皆可根據(jù)本實(shí)用新型的教示類推而得，因此，本實(shí)用新型的范圍應(yīng)涵蓋上述及其它所有等效變化。此外，本實(shí)用新型的任一實(shí)施型態(tài)不必須達(dá)成所有的目的或優(yōu)點(diǎn)，因此，權(quán)利要求的任一項(xiàng)也不應(yīng)以此為限。
【權(quán)利要求】
1.一種降壓型切換式電源供應(yīng)器,用以將一輸入端提供的一輸入電壓轉(zhuǎn)換為一輸出電壓于一輸出端，其特征在于，包含: 一功率級(jí)，包括: 一上橋開關(guān)，其一端電連接于該輸入端，其另一端電連接于一切換節(jié)點(diǎn)； 一下橋開關(guān)，其一端電連接于該切換節(jié)點(diǎn)，其另一端電連接于地；以及 一電感，其一端電連接于該切換節(jié)點(diǎn)，其另一端電連接于該輸出端； 一靴帶電容，電連接于一升壓節(jié)點(diǎn)與該切換節(jié)點(diǎn)之間，且該升壓節(jié)點(diǎn)電連接于一供應(yīng)電壓；以及 一驅(qū)動(dòng)電路，用以控制該上橋開關(guān)與該下橋開關(guān)的操作，該驅(qū)動(dòng)電路包括: 一控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，其產(chǎn)生控制訊號(hào)以決定該上橋開關(guān)與該下橋開關(guān)的導(dǎo)通時(shí)間；以及 一靴帶電容充電控制電路，其判斷該靴帶電容的跨壓是否小于一參考電壓，當(dāng)該靴帶電容的跨壓小于該參考電壓時(shí)，該靴帶電容充電控制電路輸出訊號(hào)給該控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，以導(dǎo)通該下橋開關(guān) 而自該供應(yīng)電壓對(duì)該靴帶電容充電。
2.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該靴帶電容充電控制電路判斷自該靴帶電容的跨壓小于該參考電壓起是否已達(dá)一預(yù)定時(shí)段，而當(dāng)?shù)竭_(dá)該預(yù)定時(shí)段時(shí)，該靴帶電容充電控制電路輸出訊號(hào)給該控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，以停止導(dǎo)通該下橋開關(guān)。
3.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該靴帶電容充電控制電路包括: 一比較電路，將該靴帶電容的跨壓與該參考電壓比較，以產(chǎn)生一比較電路輸出訊號(hào)；一導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器，當(dāng)該比較電路的輸出訊號(hào)顯示該靴帶電容的跨壓小于該參考電壓時(shí)，該導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器開始計(jì)算一預(yù)定時(shí)段，而當(dāng)?shù)竭_(dá)該預(yù)定時(shí)段時(shí)，該導(dǎo)通時(shí)間定時(shí)器產(chǎn)生一計(jì)時(shí)輸出訊號(hào)；以及 一栓鎖電路，其接收該比較電路輸出訊號(hào)與該計(jì)時(shí)輸出訊號(hào)作為設(shè)定與重設(shè)訊號(hào)。
4.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該靴帶電容充電控制電路判斷該電感的電流是否到達(dá)一參考電流，而當(dāng)該電感的電流到達(dá)該參考電流時(shí)，該靴帶電容充電控制電路輸出訊號(hào)給該控制訊號(hào)產(chǎn)生電路，以停止導(dǎo)通該下橋開關(guān)。
5.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該靴帶電容充電控制電路包括: 一比較電路，將該靴帶電容的跨壓與該參考電壓比較，以產(chǎn)生一比較電路輸出訊號(hào)； 一電流比較電路，比較該電感的電流與一參考電流而產(chǎn)生電流比較訊號(hào)；以及 一栓鎖電路，其接收該比較電路輸出訊號(hào)與該電流比較訊號(hào)作為設(shè)定與重設(shè)訊號(hào)。
6.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，還包含一個(gè)二極管，其陽(yáng)極電連接于該供應(yīng)電壓，其陰極電連接于該升壓節(jié)點(diǎn)。
7.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，還包含一電源保護(hù)開關(guān)，其一端電連接于該輸入端，其另一端電連接于該上橋開關(guān)，用以保護(hù)該輸入端所連接的一電源。
8.如權(quán)利要求7所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該電源保護(hù)開關(guān)包括一晶體管，電連接于該輸入端與該上橋開關(guān)之間，該晶體管具有一寄生二極管，該寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向可阻擋自該上橋開關(guān)流往該輸入端的逆電流，或是該晶體管具有可調(diào)極性的寄生二極管。
9.如權(quán)利要求1所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該輸出端電連接于一系統(tǒng)負(fù)載或一電池。
10.如權(quán)利要求9所述的降壓型切換式電源供應(yīng)器，其特征在于，該輸出端經(jīng)由一晶體管電連接于該電池，該晶體管具有一寄生二極管，該寄生二極管的陽(yáng)極一陰極方向可阻擋自該輸出端流往該電池的電流，或是該晶體管具有可調(diào)極性的寄生二極管，以控制對(duì)該電池的充 電。
【文檔編號(hào)】H02M3/10GK203434864SQ201320490888
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月12日
【發(fā)明者】龔能輝, 林家祥, 李昱輝 申請(qǐng)人:立锜科技股份有限公司