[发明专利]切换式电源供应器及其控制电路与控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种切换式电源供应器及其控制电路与控制方法，特别是指一种在输出电容具有低输出等效串联电阻的情况下仍维持稳定操作的切换式电源供应器及其控制电路与控制方法。

背景技术

图1A显示典型的涟波基准(ripple-based)切换式电源供应器的电路示意图。如图1A所示，涟波基准切换式电源供应器1包含控制电路10以及功率级20。控制电路10包括比较器11、单脉波讯号产生电路12、以及上桥驱动电路13与下桥驱动电路14。比较器11比较回授讯号Vfb与参考讯号Vref，并根据比较结果，产生比较讯号Comp。其中，回授讯号Vfb由串联于输出电压Vout与接地电位之间的电阻R1与R2中，取电阻R2上的分压而得。单脉波讯号产生电路12，接收比较讯号Comp，产生单脉波讯号，亦即于固定导通时间(Ton)内维持高电位。上桥驱动电路13接收单脉波讯号，产生上桥驱动讯号UG，使得功率级20中，上桥开关SWU于固定导通时间(Ton)内导通。而下桥驱动电路14则根据单脉波讯号，产生下桥驱动讯号LG，使得下桥开关SWL于固定导通时间(Ton)内不导通，而于固定导通时间(Ton)结束后导通。简言之，功率级20根据上桥驱动讯号UG与下桥驱动讯号LG，分别切换上桥开关SWU与下桥开关SWL，以将输入电压Vin转换为输出电压Vout。并且，功率级20可为同步或异步的降压型、升压型、反压型、或升降压型功率转换电路，如图2A-2J所示。

以固定导通时间(constant ON time)架构来说明，请同时参阅图1A与1B，图1B举例示出图1A中，各讯号的波形。上桥驱动讯号UG于低电位而下桥驱动讯号LG为高电位时，上桥开关SWU不导通，相关于输出电压Vout的回授讯号Vfb逐渐下降，这是因为负载电路(未示出)消耗了输出电压Vout使输出电容C1放电所致，而电阻R3代表输出电容C1的等效串联电阻(equivalent series resistor，ESR)。参考讯号Vref为预设的电压讯号，例如图1B所示，为一个固定值。当回授讯号Vfb逐渐下降至到达参考讯号Vref时，比较器11输出的比较讯号Comp，由高电位变为低电位，于是触发单脉波讯号产生电路12产生单脉波讯号，使得上桥驱动讯号UG于固定的导通时间Ton维持在高电位，导通上桥开关SWU，对输出电容C1充电，进而于此固定的导通时间Ton，提高输出电压Vout。而导通时间Ton结束后，上桥驱动讯号UG由高电位转为低电位，而下桥驱动讯号LG由低电位转为高电位，也就是上桥开关SWU不导通而下桥开关SWL导通。此时输出电容C1放电，进而降低输出电压Vout，直到回授讯号Vfb逐渐下降至低于参考讯号Vref，比较器11输出的比较讯号Comp，再由高电位变为低电位，回到上述的流程，如此周而复始地运作。

综上所述，此种涟波基准或其它例如像迟滞模式(hysteretic mode)的自同步(self-clocking)切换式电源供应器，其单脉波讯号的产生必须依靠输出电压Vout上的涟波讯号来作为触发控制，振幅太大的涟波讯号虽然可以让电路稳定性提升，但是却也容易超出涟波振幅的规格限制以及影响输出电压Vout的准确度；振幅太小的涟波讯号虽然也许可以符合涟波振幅规格限制以及输出电压Vout规格的要求，但是却容易破坏电路的稳定性造成剧跳(jitter)的情形，因此要拥有足够小的涟波讯号振幅同时又要兼顾电路稳定性就是一项具有挑战性的工作。