专利名称：用于同步切换式电压转换器的逆向电流保护装置的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及 一 种同步切换式电压转换器(Synchronous Switching Voltage Converter),尤其涉及一种用于防止电流由输 出端往输入端逆流的同步切换式电压转换器。
背景技术：
图1示出公知的同步切换式电压转换器10的电路图。同步切换 式电压转换器10具有切换控制电路12、电感L1、输出电容Cw、开 关SP1、及开关SN1。输入电压V^耦合到输入端IN1且输出电压V。, 耦合到输出端01。同步切换式电压转换器10属于升压型，亦即将较 低的输入电压Vw转换成较高的输出电压VM。电感Ll耦合到输入端 INI与切换节点N1之间。开关SP1耦合到切换节点N1与输出端Ol 间，而开关SN1则耦合到切换节点N1与地面电位间。此外，输出电 容C。i耦合到输出端01，以便对输出电压L进行滤波。在图l所示 的例子中，开关SP1由PM0S晶体管所实施而开关SN1则由丽0S晶 体管所实施。切换控制电路12施加驱动信号DN1以决定开关SN1的 导通(0N)与不导通(0FF)，且施加驱动信号DPI以决定开关SP1的导 通与不导通。
具体而言，切换控制电路12基于输出电压L的反馈而决定驱 动信号DN1及DP1的占空因数，以将输出电压L调节到目标值。当 输出电压V。,低于目标值时，驱动信号DN1及DP1的占空因数将会变 大，以提高输出电压V。,。当输出电压L高于目标值时，驱动信号 DN1及DP1的占空因数将会变小，以降低输出电压L。
图2 (a)示出电感Ll的电流Iu在重载(Heavy Loading)时的波形 时序图，而图2(b)则示出电感Ll的电流Iu在轻载(Light Loading) 时的波形时序图。如图2(a)所示，当输出端01处于重载时，电感Ll的电流Iu不会发生逆流的现象。然而，如图2(b)所示，当输出 端01处于轻载时，电感Ll的电流Iu在时间Ta至TB之间会逆转方向 而由输出端01往输入端IN1逆流，因而降低功率效率。
发明内容
本发明的目的在于提供一种逆向电流保护装置，应用于同步切 换式电压转换器，在轻载时可防止电感电流由输出端往输入端逆流， 进而提升功率效率。
依据本发明的目的，提供一种同步切换式电压转换器将输入电
压转换成输出电压，其具有切换电路、电流检测单元、电流比较 单元、以及时间计算单元。切换电路具有第一开关、第二开关、与 电感。该第一开关、该第二开关、与该电感共同耦合到切换节点， 且该电感流过第一电流。电流检测单元用以提供第二电流，该第二 电流正比于该第一电流。电流比较单元通过比较A^2(x+y)与 I2(x+A*y)以判别该第一电流是否在时间x等于零，其中A为常数且 满足不等式0〈A〈1， y表示该第一开关的导通持续时间，L(x+y)表示 该第二电流在时间x+y的电流值，而12"+八*7)表示该第二电流在时 间x+A*y的电流值。时间计算单元利用第三电流与第S周期时该第 二开关的导通持续时间TVs,用以计算出第(S+l)周期时该第二开关的 导通持续时间TPS+1，其中该第三电流正比于该第一电流且S为大于1 的正整数。该电流检测单元、该电流比较单元、及该时间计算单元 用以避免该第一 电流发生逆流现象。
图1示出公知的同步切换式电压转换器的电路图； 图2(a)示出重载时公知的电感电流的波形时序图； 图2(b)示出轻载时公知的电感电流的波形时序图； 图3示出依据本发明的同步切换式电压转换器的电路图； 图4(a)示出依据本发明的同步切换式电压转换器在重载模式时 的操作方法的波形时序图；图4 (b)示出依据本发明的同步切换式电压转换器由重载模式变 为轻载模式时的操作方法的波形时序图。
具体实施例
下文中的说明与附图将使本发明的前述与其他目的、特征、与 优点更明显。这里将参照附图详细说明依据本发明的优选实施例。
图3示出依据本发明的同步切换式电压转换器30的电路图。同 步切换式电压转换器30具有切换控制电路32、电感L、输出电容C。、 开关SP、及开关SN。输入电压Vin耦合到输入端IN且输出电压V。 耦合到输出端O。同步切换式电压转换器30属于升压型，亦即将较 低的输入电压Vi。转换成较高的输出电压V。。电感L耦合到输入端IN 与切换节点N之间，且电感L流过电流I,。开关SP耦合到切换节点 N与输出端0之间，而开关SN则耦合到切换节点N与地面电位之间。 此外，输出电容C。耦合到输出端0，且输出端0耦合到切换控制电 路32。在图3所示的例子中，开关SP由PMOS晶体管所实施而开关 SN则由NMOS晶体管所实施。切换控制电路32施加驱动信号DN以决 定开关SN的导通与不导通，且施加驱动信号DP以决定开关SP的导 通与不导通。
图4(a)示出输出端O处于重载时，驱动信号DN、驱动信号DP、 以及电流I,的波形时序图。当驱动信号DN及DP为高电平时，开关 SN导通而开关SP不导通，此时电感L的电流I,会逐渐增加。当驱 动信号DN及DP为低电平时，幵关SN不导通而开关SP导通，此时 电感L的电流L会逐渐减少。在此重载模式操作下电流L不会发生 逆流的现象。
图4(b)则示出输出端O由重载变为轻载时，驱动信号DN、驱 动信号DP、以及电流I的波形时序图。请同时参照图3、图4(a)及 图4(b)以便详细说明依据本发明的切换控制电路32的操作方式。 如图3所示，切换控制电路32包含电流检测单元34、电流比较单元 36、以及时间计算单元38，用以避免电感L的电流I!发生逆流的现 象。电流检测单元34根据电流L而产生电流l2及l3，其中12二13且电流12正比于电流L，用以提供电流12至电流比较单元36且提供电 流13至时间计算单元38。
如图4(a)所示，开关SN在时间x开始导通，此时电流I,为最 小值I^。当经过开关SN导通持续时间y后，电流I,在时间z为最 大值I^且z二x + y。为了避免电感L的电流I,产生逆向电流，首 先必须检测电流I,何时减少至零。电流比较单元36通过比较 A化(x+y)与12(x+A求y)以判别电流I,是否在时间x等于零，其中A 为常数且满足不等式0<A〈1。 12(x+y)表示电流12在时间x+y的电流 值，而I2(x+A*y)表示电流12在时间x+A*y的电流值。因为电流12 正比于电感L的电流L，所以电流比较单元36利用电流12来取代电 流L以作为比较之用，其中LFBH^，B为常数且满足不等式0〈B<1。
为了易于实施且便于以下说明，本发明选择A = 0. 5。 I2(x+0. 5*y) 表示电流12在时间w的电流值，L(x+0. 5*7)表示电流L在时间w的 电流值，其中Ii(w) = 0. 5水(I^+IJ且w 二 x +0. 5*y。故A*I2(x+y) 二 0. 5*I2(z) = 0.5*B*Imax，且I2(x+A*y) 二 I2(x+0.5*y) 二 I2(w)= 0. 5*B*(U+LX)。当I^大于零，表示12(x+A沐y)大于A*I2(x+y)，电 流比较单元36输出低电平的比较信号CP。当L,n降至零，表示 I2 (x+A*y)等于A*I2 (x+y)，电流比较单元36则输出高电平的比较信 号CP。
如图4(b)所示，驱动信号DN及DP具有周期T， T,为第S周期 的开始吋间，即T,二(S-1)*T，此时L的电流为零，其中S为大于l 的正整数。当经过开关SN导通持续时间Ls后，在时间T2电流比较 单元36会输出高电平的比较信号CP至时间计算单元38，以表示目 前同步切换式电压转换器30操作在轻载模式，其中T^T,+Tws。如前 所述，由于I3 二 I2 二 B*It，所以时间计算单元38利用电流13来计 算第(S+l)周期时的开关SP导通持续时间TPS+1、第(S+2)周期时的开 关SP导通持续时间Tpw、第(S+3)周期时的开关SP导通持续时间TPS+3 等，以避免电流I,发生逆流现象。
如图4(b)所示，当时间计算单元38接收到高电平的比较信号 CP，首先会储存时间T2时的电流l3，亦即I3(T2)。当经过开关SP导通持续时间Tps后，在时间T3时L的电流为零，其中L = T2 + T,，s。 时间L是第S周期的结束时间也是第(S+l)周期的开始时间。时间计 算单元38此时会储存第S周期时的开关SP导通持续时间Tps。当经 过开关SN导通持续时间T,后，时间计算单元38接着会储存时间 L时的电流13，亦即I3(T4)，其中T4 = T3 + TNS+1。为了避免电流L 在时间Ts之后发生逆流现象，时间计算单元38将根据之前储存的 l3(T2)、 I3(T4)、以及TVs用以决定第(S+l)周期的开关SP导通持续时 间TPS+1,其中电流I,在时间Ts时等于零且T5= T4 + Tl>s+1。接着切换 控制电路32会根据时间计算单元38所计算出的开关SP导通持续时 间TW,用以控制驱动信号DP使得开关SP不导通。因此，电流I,在 时间Ts至L之间维持为零，其中时间T6是第(S+1)周期的结束时间， 此时同步切换式电压转换器30操作于不连续电流模式 (Discontinuous Current Mode)。
由于电感L的电流L以固定的斜率下降，因此T2、 T3、以及I, 所形成的三角形会类似于T4、 T5、以及L所形成的三角形，如图4(b) 所示。利用两个三角形相似的特性，可得T别二 TPS*I,(T4)/L(T2)= TPS*I3(T4)/I3(T2)，其中I"T》表示电流L在时间T2的电流值且 表示电流L在时间T,的电流值。同样地，第(S+2)周期时的开关SP 导通持续时间TPS+2、第(S+3)周期时的开关SP导通持续时间Tps+3等， 都可应用相似三角形的特性而推得，在此便不再赘述。
因此，切换控制电路32会根据时间计算单元38所推得的开关 SP导通持续时间TPS+1、 TPS+2、 Tps+3等用以产生驱动信号DP，由此防止 电感L的电流I,发生逆流现象，进而提升功率效率，且使得同步切 换式电压转换器30在轻载模式下操作于不连续电流模式。本发明除 了可应用于升压形电压转换器外，也可实施于降压形电压转换器。
虽然本明已经通过优选实施例作为例示加以说明，应了解的 是本发明不限于此公开的实施例。相反地，本发明意在涵盖对于 本领域一般技术人员而言明显的各种修改与相似配置。因此，权利 要求的范围应根据最广的诠释，以包容所有此类修改与相似配置。
权利要求
1、一种切换式电压转换器，用以将输入电压转换成输出电压，包括切换电路，具有第一开关、第二开关、与电感，其中该第一开关、该第二开关、与该电感共同耦合到切换节点，且该电感流过第一电流；电流检测单元，用以提供第二电流，所述第二电流正比于所述第一电流；以及电流比较单元，通过比较A*I2(x+y)与I2(x+A*y)以判别所述第一电流是否在时间x等于零，其中A为常数且满足不等式0<A<1，y表示所述第一开关的导通持续时间，I2(x+y)表示所述第二电流在时间x+y的电流值，而I2(x+A*y)表示所述第二电流在时间x+A*y的电流值。
2、 如权利要求l所述的切换式电压转换器，还包括 时间计算单元，利用第三电流与第S周期时所述第二开关的导通持续吋间，用以计算出第(S+1)周期时所述第二开关的导通持续时 间，其中所述第三电流正比于所述第一电流且S为大于1的正整数。
3、 如权利要求l所述的切换式电压转换器，其中A等于0.5。
4、 如权利要求l所述的切换式电压转换器，其中所述切换式电 压转换器属于升压型。
5、 如权利要求2所述的切换式电压转换器，其中所述电流比较 单元将比较信号输出到所述时间计算单元，用以表示所述同步切换 式电压转换器操作于轻载模式。
6、 如权利要求5所述的切换式电压转换器，其中所述电流检测单元、所述电流比较单元、与所述时间计算单元用以避免所述第一 电流发生逆流现象。
7、如权利要求2所述的切换式电压转换器，其中所述切换式电压转换器在轻载模式时操作于不连续电流模式。
全文摘要
一种同步切换式电压转换器，具有电感、第一开关、第二开关、电流比较单元、及时间计算单元。电流比较单元用以判别电感电流是否等于零。时间计算单元用以计算第二开关的导通持续时间，使得在轻载模式时可避免电感电流发生逆流现象，并进而提升功率效率。
文档编号H02M3/04GK101447732SQ20071019349
公开日2009年6月3日 申请日期2007年11月27日 优先权日2007年11月27日
发明者张简上裕 申请人:致新科技股份有限公司