升降壓式電源轉換器及其控制方法

2023-11-05 04:49:02 3

專利名稱：升降壓式電源轉換器及其控制方法
技術領域：
本發明涉及一種電源轉換器，具體地說，是一種改善切換損失以及正確切換模式 的升降壓式電源轉換器及其控制方法。
背景技術：
圖1顯示已知的升降壓式電源轉換器10，其包括功率級12及控制電路14。在功率 級12中，開關SWl連接在輸入電壓Vin及電感L之間，開關SW2連接在電感L及接地端GND 之間，開關SW3連接在電感L及接地端GND之間，開關SW4連接在電感L及輸出電壓Vout 之間。電阻Rl及R2分壓輸出電壓Vout產生回授信號VFB，在控制電路14中，誤差放大器 24根據回授信號VFB及參考電壓Vref產生誤差信號VEA，鋸齒波產生器22提供兩個鋸齒 波信號SAWl及SAW2，比較器18比較誤差信號VEA及鋸齒波信號SAWl產生信號PWM1，比較 器20比較誤差信號VEA及鋸齒波信號SAW2產生信號PWM2，控制邏輯電路16根據信號PWMl 及PWM2產生信號VA、VB、VC及VD分別切換開關SW1、SW2、SW3及SW4以將輸入電壓Vin轉 為輸出電壓Vout。當誤差信號VEA只切到鋸齒波信號SAWl或SAW2時，電源轉換器10操 作在降壓模式或升壓模式，當誤差信號VEA切到兩個鋸齒波信號SAWl或SAW2時，電源轉換 器10操作在升降壓模式。然而，事實上，鋸齒波信號SAWl及SAW2的波形在峰值與谷值並 非理想線性，因此，在輸入電壓Vin接近輸出電壓Vout時，也就是信號PWMl或PWM2的責任 周期比(duty ratio)接近100%時，將因非線性問題使得輸出電壓Vout的漣波變大。Chen等人在美國專利號第7，176，667號中提出一種升降壓式電源轉換器，其在升 降壓模式時，利用一個鋸齒波信號及誤差信號切出所需要的降壓或升壓的責任周期，並在 所述責任周期之內插入一個固定的升壓或降壓責任周期。然而，不論是圖1或Chen等人所 提出的電源轉換器，在升降壓模式時，開關的切換循環為(1)打開(turn on)開關SW2及 SW4並關閉(turn off)開關SWl及SW3，(2)打開開關SWl及SW4並關閉開關SW2及SW3， ⑶打開開關SWl及SW3並關閉開關SW2及SW4，(4)打開開關SWl及SW4並關閉開關SW2 及SW3，由於在每一周期中開關切換的次數較多，故切換損失(switching loss)也較大。因此已知的升降壓式電源轉換器存在著上述種種不便和問題。

發明內容
本發明的目的，在於提出一種在輸入電壓接近輸出電壓時使用新的開關順序，降 低切換損失及導通損失的升降壓式電源轉換器及其控制方法。本發明的另一目的，在於提出一種在輸入電壓接近輸出電壓時延長開關的切換周 期以降低切換損失的升降壓式電源轉換器及其控制方法。本發明的再一目的，在於提出一種考慮負載電流對升降壓責任周期的影響使其可 在正確點切換模式，因此輸出電壓不會因為改變模式而受影響的升降壓式電源轉換器及其 控制方法。為實現上述目的，本發明的技術解決方案是
一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關 連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第二開關連接在所述電感的 第一端及一接地端之間，一第三開關連接在所述電感的第二端及所述接地端之間，以及一 第四開關連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間，其特徵在於所述控制 方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及在所述輸出端上的負載電流以 決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二、第三及第四開關的 控制包含(a)關閉所述第一開關，打開所述第二開關，關閉所述第三開關，打開所述第四開 關；(b)打開所述第一開關，關閉所述第二開關，維持所述第三開關關閉，維持所述第 四開關打開；(c)維持所述第一開關打開，維持所述第二開關關閉，打開所述第三開關，關閉所 述第四開關。本發明的升降壓式電源轉換器的控制方法還可以採用以下的技術措施來進一步 實現。前述的控制方法，其中所述決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模 式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括下列步驟第一步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端 的倍率值小於一第一臨界值，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；第二步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端 的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值，決定所述電源轉換器操作在所述第一 升降壓模式；第三步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端 的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值，決定所述電源轉換器操作在所述第二 升降壓模式；第四步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端 的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的控制方法，其中更包括放大一第一信和及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述 輸出端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信 號；比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號；比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控 制所述第一、第二、第三及第四開關。
前述的控制方法，其中在所述降壓模式時，所述第一及第二開關的切換周期為一 第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二、第三及第四開關的切換周期為一大於 所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二、第三及第四開關的切 換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三及第四開關的切換 周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。前述的控制方法，其中在所述第一升降壓模式時，所述第三及第四開關的責任周 期固定。前述的控制方法，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的責任周 期固定。一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括一 電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間；一第二開關，連接在所述電感的第一端及一接地端之間；一第三開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間；一第四開關，連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間；—控制電路，控制所述第一、第二、第三及第四開關的切換，並根據所述輸入端及 輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一 升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二、第三及第四開關的控制 包含(a)關閉所述第一開關、打開所述第二開關、關閉所述第三開關及打開所述第四開關， (b)打開所述第一開關、關閉所述第二開關、維持所述第三開關關閉及維持所述第四開關打 開，以及(c)維持所述第一開關打開、維持所述第二開關關閉、打開所述第三開關及關閉所 述第四開關。前述的電源轉換器，其中所述控制電路在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述負 載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作 在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第二升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的 倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的電源轉換器，其中所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為 所述電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號 以決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；—鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號；一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號；14
—第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號；一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述 第一、第二、第三及第四開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述控制邏輯電路包括一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參 考電壓產生一第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取 其中之一來控制所述第一及第二開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生 一第五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選 取其中之一來控制所述第三及第四開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述除頻器包括D型正反器。前述的電源轉換器，其中在所述降壓模式時，所述第一及第二開關的切換周期為 一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二、第三及第四開關的切換周期為一大 於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二、第三及第四開關的 切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三及第四開關的切 換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。前述的電源轉換器，其中在所述第一升降壓模式時，所述第三及第四開關的責任 周期固定。前述的電源轉換器，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的責任 周期固定。一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關 連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第二開關連接在所述電感 的第一端及一接地端之間，一第三開關連接在所述電感的第二端及所述接地端之間，以及 一二極體具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換器的輸出端，其特 徵在於所述控制方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包 含(a)關閉所述第一開關，打開所述第二開關，關閉所述第三開關；(b)打開所述第一開關，關閉所述第二開關，維持所述第三開關關閉；(c)維持所述第一開關打開，維持所述第二開關關閉，打開所述第三開關。前述的控制方法，其中所述決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模 式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；
當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在 所述第一升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在 所述第二升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定 出的所述電感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓 模式。前述的控制方法，其中更包括放大一第一信號及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述 輸出端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信 號；比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號；比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控 制所述第一、第二及第三開關。前述的控制方法，其中在所述降壓模式時，所述第一及第二開關的切換周期為一 第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為一大於所述 第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為 一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三開關的切換周期為一小於所 述第二及第三周期的第四周期。前述的控制方法，其中在所述第一升降壓模式時，所述第三開關的責任周期固定。前述的控制方法，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的責任周 期固定。—種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括一 電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間；一第二開關，連接在所述電感的第一端及一接地端之間；一第三開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間；一二極體，具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換器的輸 出端；一控制電路，控制所述第一、第二、第三及第四開關的切換，並根據所述輸入端及 輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一 升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包含 (a)關閉所述第一開關、打開所述第二開關及關閉所述第三開關，(b)打開所述第一開關、 關閉所述第二開關及維持所述第三開關關閉，以及(c)維持所述第一開關打開、維持所述第二開關關閉及打開所述第三開關。前述的電源轉換器，其中所述控制電路在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸 出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源 轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流 所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述 電源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上 的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值 時，決定所述電源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與 所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定 所述電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的電源轉換器，其中所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為 所述電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號 以決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號；一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號；一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號；一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述 第一、第二及第三開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述控制邏輯電路包括一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；—第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參 考電壓產生一第一控制信號、第二控制信號及第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取 其中之一來控制所述第一及第二開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生 一第五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選 取其中之一來控制所述第三開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述除頻器包括D型正反器。前述的電源轉換器，其中在所述降壓模式時，所述第一及第二開關的切換周期為 一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為一大於所 述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期 為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三開關的切換周期為一小於 所述第二及第三周期的第四周期。前述的電源轉換器，其中在所述第一升降壓模式時，所述第三開關的責任周期固定。
前述的電源轉換器，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的責任 周期固定。一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關 連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一二極體具有一陽極連接一接 地端及一陰極連接所述電感的第一端，一第二開關連接在所述電感的第二端及所述接地端 之間，以及一第三開關連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間，其特徵 在於所述控制方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包 含(a)關閉所述第一開關，關閉所述第二開關，打開所述第三開關；(b)打開所述第一開關，維持所述第二開關關閉，維持所述第三開關打開；(c)維持所述第一開關打開，打開所述第二開關，關閉所述第三開關。前述的控制方法，其中所述決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模 式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第一升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在 所述第二升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的控制方法，其中更包括放大一第一信號及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述 輸出端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信 號；比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號；比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控 制所述第一、第二及第三開關。前述的控制方法，其中在所述降壓模式時，所述第一開關的切換周期為一第一周 期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為一大於所述第一周 期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二及第三開關的切換周期為一小於所 述第二及第三周期的第四周期。前述的控制方法，其中在所述第一升降壓模式時，所述第二及第三開關的責任周 期固定。前述的控制方法，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一開關的責任周期固定。一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括一 電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間；一二極體，具有一陽極連接一接地端及一陰極連接所述電感的第一端；一第二開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間；一第三開關，連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間；一控制電路，控制所述第一、第二及第三開關的切換，並根據所述輸入端及輸出端 上的電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓 模式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包含 (a)關閉所述第一開關、關閉所述第二開關及打開所述第三開關，(b)打開所述第一開關、 維持所述第二開關關閉及維持所述第三開關打開，以及(c)維持所述第一開關打開、打開 所述第二開關及關閉所述第三開關。前述的電源轉換器，其中所述控制電路在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸 出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源 轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流 所決定出的所述電感兩端的倍率值大於一第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電 源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的 負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時， 決定所述電源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述 輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述 電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的電源轉換器，其中所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為 所述電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號 以決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號；一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號；一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號；一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述 第一、第二及第三開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述控制邏輯電路包括19
一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參 考電壓產生一第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取 其中之一來控制所述第一開關的切換；—第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生 一第五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選 取其中之一來控制所述第二及第三開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述除頻器包括D型正反器。前述的電源轉換器，其中在所述降壓模式時，所述第一開關的切換周期為一第一 周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為一大於所述第一 周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期為一大 於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二及第三開關的切換周期為一小於 所述第二及第三周期的第四周期。前述的電源轉換器，其中在所述第一升降壓模式時，所述第二及第三開關的責任 周期固定。42、如權利要求35所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所 述第一開關的責任周期固定。一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關 連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第一二極體具有一陽極連接 一接地端及一陰極連接所述電感的第一端，一第二開關連接在所述電感的第二端及所述接 地端之間，以及一第二二極體具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉 換器的輸出端，其特徵在於所述控制方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的控制包含(a)關閉所述第一開關，關閉所述第二開關；(b)打開所述第一開關，維持所述第二開關關閉；(c)維持所述第一開關打開，打開所述第二開關。前述的控制方法，其中所述決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模 式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在 所述第一升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電 感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在20所述第二升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值 大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的控制方法，其中更包括放大一第一信號及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述 輸出端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信 號；比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號；比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控 制所述第一及第二開關。前述的控制方法，其中在所述降壓模式時，所述第一開關的切換周期為一第一周 期；在所述第一升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為一大於所述第一周期的第 二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為一大於所述第一周期 的第三周期；在所述升壓模式時所述第二開關的切換周期為一小於所述第二及第三周期的 第四周期。前述的控制方法，其中在所述第一升降壓模式時，所述第二開關的責任周期固定。前述的控制方法，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一開關的責任周期固定。一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括一 電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間；一第一二極體，具有一陽極連接一接地端及一陰極連接所述電感的第一端；一第二開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間；一第二二極體，具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換器 的輸出端；一控制電路，控制所述第一及第二開關的切換，並根據所述輸入端及輸出端上的 電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模 式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的控制包含(a)關 閉所述第一開關及關閉所述第二開關，(b)打開所述第一開關及維持所述第二開關關閉，以 及(c)維持所述第一開關打開及打開所述第二開關。前述的電源轉換器，其中所述控制電路在當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述 輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電 源轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電 流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所 述電源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端 上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓 與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決 定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。前述的電源轉換器，其中所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為 所述電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號 以決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號；一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號；一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號；一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述 第一及第二開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述控制邏輯電路包括一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第三參 考電壓產生一第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取 其中之一來控制所述第一開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生 一第五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選 取其中之一來控制所述第二開關的切換。前述的電源轉換器，其中所述除頻器包括D型正反器。前述的電源轉換器，其中在所述降壓模式時，所述第一開關的切換周期為一第一 周期；在所述第一升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為一大於所述第一周期的 第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為一大於所述第一周 期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二開關的切換周期為一小於所述第二及第三周期 的第四周期。前述的電源轉換器，其中在所述第一升降壓模式時，所述第二開關的責任周期固定。前述的電源轉換器，其中在所述第二升降壓模式時，所述第一開關的責任周期固定。採用上述技術方案後，本發明的升降壓式電源轉換器及其控制方法具有以下優 點。1.電源轉換器操作在升降壓模式時，以新的切換順序控制所述至少二開關，進而 減少切換損失及導通損失。2.電源轉換器由降壓模式或升壓模式進入升降壓模式時，將所述至少二開關的切換周期延長，以進一步減少切換損失，且考慮負載電流對升降壓責任周期的影響使其可在 正確點切換模式，因此輸出電壓不會因為改變模式而受影響。


圖1為已知的升降壓式電源轉換器示意圖；圖2為本發明的第一實施例示意圖；圖3為圖2中電源轉換器操作在第一模式時的信號波形；圖4為圖2中電源轉換器操作在第一模式時電感L上電感電流IL與開關順序；圖5為圖2中電源轉換器操作在第二模式時的信號波形；圖6為圖2中電源轉換器操作在第二模式時電感L上電感電流IL與開關順序；圖7為圖2中電源轉換器操作在第三模式時的信號波形；圖8為圖2中電源轉換器操作在第三模式時電感L上電感電流IL與開關順序；圖9為圖2中電源轉換器操作在第四模式時的信號波形；圖10為圖2中電源轉換器操作在第四模式時電感L上電感電流IL與開關順序；圖11為圖2中電源轉換器的模式轉換圖；圖12為圖2中控制邏輯電路的實施例示意圖；圖13為本發明的第二實施例示意圖；圖14為本發明的第三實施例示意圖；圖15為本發明的第四實施例示意圖；圖16為模式檢測器的實施例示意圖。圖中，10、電源轉換器 12、功率級 14、控制電路 16、控制邏輯電路 18、比較 器20、比較器22、鋸齒波產生器24、誤差放大器30、電源轉換器32、功率級34、控 制電路36、控制邏輯電路3602、D型正反器3604、邏輯電路3606、多任務器3608、 邏輯電路3610、多任務器38、模式檢測器3802、電流源3804、運算放大器3806、電 流源 3808、比較器 3810、比較器 3812、比較器 40、比較器 42、比較器 44、鋸齒波 產生器 46、誤差放大器 48、頻率產生器 50、鋸齒波信號SAW12的波形 52、誤差信號 VEA的波形54、信號PWMl的波形56、頻率Clk_buck的波形58、頻率Clk_boost的波形 60、控制信號VA的波形62、控制信號VB的波形64、控制信號VC的波形66、控制信號VD 的波形 68、鋸齒波信號SAW12的波形 70、誤差信號VEA的波形 72、信號PWMl的波形 74、頻率Clk_buck的波形76、頻率Clk_boost的波形78、控制信號VA的波形80、控制 信號VB的波形82、控制信號VC的波形84、控制信號VD的波形86、鋸齒波信號SAW34 的波形88、誤差信號VEA的波形90、信號PWM2的波形92、頻率Clk_buck的波形94、 頻率Clk_boost的波形 96、控制信號VA的波形98、控制信號VB的波形 100、控制信號 VC的波形102、控制信號VD的波形104、鋸齒波信號SAW34的波形106、誤差信號VEA 的波形 108、信號PWM2的波形 110、頻率Clk_buck的波形 112、頻率Clk_boost的波形 114、控制信號VA的波形116、控制信號VB的波形118、控制信號VC的波形120、控制 信號VD的波形130、電源轉換器 132、功率級140、電源轉換器 142、功率級150、電 源轉換器152、功率級。
具體實施例方式以下結合實施例及其附圖對本發明作更進一步說明。現請參閱圖2，圖2顯示本發明的第一實施例。如圖所示，所述在升降壓式電源轉 換器30中，控制電路34輸出控制信號VA、VB、VC及VD驅動功率級32，以將輸入電壓Vin 轉換為輸出電壓Vout，電阻Rl及R2分壓輸出電壓Vout產生回授信號VFB給控制電路34。 在功率級32中，開關SWl連接在輸入電壓Vin及電感L之間，開關SW2連接在電感L及接 地端GND之間，開關SW3連接在電感L及接地端GND之間，開關SW4連接在電感L及輸出電 壓Vout之間。由於整個系統的責任周期不僅與輸入電壓和輸出電壓有關，負載電流也會影 響責任周期的大小，因此模式的切換點也必須將負載電流的因素考慮進去。在控制電路34 中，模式檢測器38檢測輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及負載電流Iload產生模式選擇信 號S [3 0]以決定電源轉換器30的操作模式，誤差放大器46根據參考電壓Vref及回授信號 VFB產生誤差信號VEA，頻率產生器48提供頻率Clk_boost及Clk_buck，頻率Clk_boost及 Clk_buck具有固定的周期Ts以及固定的責任周期，鋸齒波產生器44根據頻率Clk_boost 及模式選擇信號S [3:0]提供鋸齒波信號SAW12及SAW34，比較器40比較誤差信號VEA及 鋸齒波信號SAW12產生信號PWM1，比較器42比較誤差信號VEA及鋸齒波信號SAW34產生 信號PWM2，控制邏輯電路36根據信號PWMl及PWM2、模式選擇信號S [3:0]以及頻率Clk_ boost及Clk_buck產生控制信號VA、VB、VC及VD切換開關SWl、Sff2, SW3及SW4以將輸入 電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。所述電源轉換器30可以操作在四種模式，當輸入電壓Viru輸出電壓Vout與負載 電流Iload所決定出的電感兩端的倍率值小於第一臨界值時，電源轉換器30操作在第一 模式。圖3顯示電源轉換器30操作在第一模式時的信號波形，其中波形50為鋸齒波信號 SAW12，波形52為誤差信號VEAJ^B M為信號PWMl，波形56為頻率Clk_buck，波形58為 頻率Clk_boost，波形60為控制信號VA，波形62為控制信號VB，波形64為控制信號VC，波 形66為控制信號VD。圖4顯示電源轉換器30操作在第一模式時電感L上電感電流IL與開 關順序。第一模式為單純的降壓模式，在時間tl至t2，控制信號VA、VB、VC及VD均為低準 位，如波形60、62、64及66所示，由於開關SWl及SW4為PMOS而開關SW2及SW3為NM0S，故 開關SWl及SW4打開(turn on)而開關SW2及SW3關閉(turn off)，這段時間定義為tADl， 在時間tADl中，輸入電壓Vin對電感L充電使得電感電流IL上升，如圖4所示。在時間t2 至t3，控制信號VA及VB為高準位而控制信號VC及VD為低準位，故開關SW2及SW4打開而 開關SWl及SW3關閉，這時間定義為tBDl，在時間tBDl中，電感L放電使得電感電流IL下 降。在第一模式中，開關SWl及SW2的切換周期以及電感電流IL的周期均為Ts，降壓責任 周期比Kbuckl為開關SWl的責任周期比。當輸入電壓Viru輸出電壓Vout與負載電流Iload所決定出的電感兩端的倍率值 大於第一臨界值且小於1時，電源轉換器30操作在第二模式。圖5顯示電源轉換器30操 作在第二模式時的信號波形，其中波形68為鋸齒波信號SAW12，波形70為誤差信號VEA，波 形72為信號PWMl，波形74為頻率Clk_buck，波形76為頻率Clk_boost，波形78為控制信 號VA，波形80為控制信號VB，波形82為控制信號VC，波形84為控制信號VD。圖6顯示電 源轉換器30操作在第二模式時電感電流IL與開關順序。第二模式為升降壓模式，在時間 t4至t5，控制信號VA及VB為高準位而控制信號VC及VD為低準位，故開關SWl及SW3關24閉而開關SW2及SW4打開，這段時間定義為tBD2，在時間t5至t6，控制信號VA、VB、VC及 VD均為低準位，故開關SWl及SW4打開而開關SW2及SW3關閉，這段時間定義為tAD2，在時 間t6至t7，控制信號A及B為低準位而控制信號C及D為高準位，故開關SWl及SW3打開 而開關SW2及SW4關閉，這段時間定義為tACl。在第二模式中，開關SW1、Sff2, SW3及SW4 的切換周期以及電感電流IL的周期均為2Ts。參照圖6，電感電流IL的每一周期包括降壓 及升壓操作，在第二模式中，開關SW3及SW4的責任周期由頻率Clk_boost決定，故開關SW3 及SW4具有固定的責任周期，因此，在升壓操作期間的升壓責任周期比Kboostl固定，藉由 調整在降壓操作期間的降壓責任周期比Kbuck2可以讓輸出電壓Vout穩定。當輸入電壓Vin、輸出電壓Vout與負載電流Iload所決定出的電感兩端的倍率值 小於第二臨界值且大於1時，電源轉換器30操作在第三模式。圖7顯示電源轉換器30操 作在第三模式時的信號波形，其中波形86為鋸齒波信號SAW34，波形88為誤差信號VEAJ^ 形90為信號PWM2，波形92為頻率Clk_buck，波形94為頻率Clk_boost，波形96為控制信 號VA，波形98為控制信號VB，波形100為控制信號VC，波形102為控制信號VD。圖8顯示 電源轉換器30操作在第三模式時電感電流IL與開關順序。第三模式為升降壓模式，在時 間偽至t9，控制信號VA及VB為高準位而控制信號VC及VD為低準位，故開關SWl及SW3 關閉而開關SW2及SW4打開，這段時間定義為tBD3，在時間t9至tlO，控制信號VA、VB、VC 及VD均為低準位，故開關SWl及SW4打開而開關SW2及SW3關閉，這段時間定義為tAD3，在 時間tlO至tll，控制信號A及B為低準位而控制信號C及D為高準位，故開關SWl及SW3 打開而開關SW2及SW4關閉，這段時間定義為tAC2。在第三模式中，開關SW1、Sff2, SW3及 SW4的切換周期以及電感電流IL的周期均為2Ts。參照圖8，電感電流IL的每一周期包括 降壓及升壓操作，在第三模式中，開關SWl及SW2的責任周期由頻率Clk_buck決定，故開關 Sffl及SW2的責任周期固定，因此，在降壓操作期間的降壓責任周期比Kbuck3固定，藉由調 整在升壓操作期間的升壓責任周期比Kboost2可以讓輸出電壓Vout穩定。當輸入電壓Viru輸出電壓Vou與負載電流Iload所決定出的電感兩端的倍率值大 於第二臨界值，電源轉換器30操作在第四模式。圖9顯示電源轉換器30操件在第四模式 時的信號波形，其中波形104為鋸齒波信號SAW34，波形106為誤差信號VEAJ^B 108為信 號PWM2，波形110為頻率Clk_buck，波形112為頻率Clk_boost，波形114為控制信號VA， 波形116為控制信號VB，波形118為控制信號VC，波形120為控制信號VD。圖10顯示電源 轉換器30操作在第四模式時電感電流IL與開關順序。第四模式為單純的升壓模式，在時 間tl2至tl3，控制信號VA及VB為低準位而控制信號VC及VD為高準位，故開關SWl及SW3 打開而開關SW2及SW4關閉，這段時間定義為tAC3，在時間tl3至tl4，控制信號VA、VB、VC 及VD均為低準位，故開關SWl及SW4打開而開關SW2及SW3關閉，這段時間定義為tAD4。 在第四模式中，開關SW3及SW4的切換周期以及電感電流IL的周期均為Ts，升壓責任周期 比Kboost3為開關SW3的責任周期比。當電源轉換器30操作在升降壓模式時，開關的切換順序為(1)打開開關SW2及 SW4並關閉開關SWl及SW3，⑵打開開關SWl及SW4並關閉開關SW2及SW3，(3)打開開關 Sffl及SW3並關閉開關SW2及SW4，與習知技術相比，在相同時間的循環中，電源轉換器30 的開關切換次數較少，而且當電源轉換器30的操作模式由降壓模式或升壓模式進入升降 壓模式時，開關的切換周期將由Ts延長為2Ts，故能降低切換損失。再者，此新的開關順序可以讓電感L與電源轉換器30的輸出端Vout連接的持續時間延長，故能減小導通損失。利用伏秒平衡(voltage second balance)原理可以推導出在四種模式下電源轉 換器30的輸入電壓Vin、輸出電壓Vout與負載電流Iload之間的關係。參照圖4，假設每 一開關SW1、SW2、SW3及SW4上的跨壓都為Vsw，當轉換器操作在第一模式時，輸入電壓Viru 輸出電壓Vout以及開關之跨壓Vsw之間的關係為Vin-2Vsw/(tADl/Ts) = Vout/(tADl/Ts) 公式 1參照圖6，在第二模式時，輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及開關之跨壓Vsw之間 的關係為Vin-4Vsw/ (Ts+tAD2_l)= Vout [ (Ts+tAD2_2) / (Ts+tAD2_l)]= Vout [ (2-Kboostl) Ts/ (Ts+tAD2_l)] 公式 2參照圖8，在第三模式時，輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及開關之跨壓Vsw之間 的關係為Vin-4Vsw/ (Ts+tAD3_l)= Vout [ (Ts+tAD3_2) / (Ts+tAD3_l)]= Vout [ (Ts+tAD3_2) / (1+Kbuck3) Ts] 公式 3參照圖10，在第四模式時，輸入電壓Vin、輸出電壓Vout以及開關之跨壓Vsw之間 的關係為Vin-2Vsw = Vout (l-tAC3/Ts) 公式 4為了防止鋸齒波信號SAW12及SAW34的非線性問題使得輸出電壓Vout無法穩定， 故限定降壓的最大責任周期及升壓的最小責任周期分別為Kl及K2，以使輸入電壓Vin在接 近或等於輸出電壓Vout時，能讓輸出電壓Vout穩定。圖11顯示電源轉換器30的模式轉 換圖，從公式1至公式4及所設定的臨界值Kl及K2可以得到電源轉換器30的模式轉換。 當電源轉換器30操作在第一模式時，參照圖11，若輸入電壓Vin持續下降使得電感L兩端 的倍率值等於臨界值Al時，電源轉換器30切換至第二模式。當電源轉換器30操作在第二 模式時，參照圖11，若輸入電壓Vin持續下降使得電感L兩端的倍率值等於臨界值A2時，電 源轉換器30切換至第三模式。當電源轉換器30操作在第三模式時，參照圖11，若輸入電壓 Vin持續下降使得電感L兩端的倍率值等於臨界值A3時，電源轉換器30切換至第四模式。 當電源轉換器30操作在第四模式時，參照圖11及公式4，若輸入電壓Vin持續上升使得電 感L兩端的倍率值等於臨界值A3時，電源轉換器30切換至第三模式。當電源轉換器30操 作在第三模式時，若輸入電壓Vin持續上升使得電感L兩端的倍率值等於臨界值A2時，電 源轉換器30切換至第二模式。當電源轉換器30操作在第二模式時，若輸入電壓Vin持續 上升，使得電感兩端L的倍率值等於臨界值Al時電源轉換器30切換至第一模式。圖12顯示圖2中控制邏輯電路36的實施例，其中D型正反器3602作為除頻器用 以對頻率Clk_boost除頻產生頻率CLK2及CLK2B，邏輯電路3604根據信號PWMl、頻率Clk_ boost、CLK2及Clk_buck以及接地端GND的電位產生控制信號Si、S2、S3及S4，多任務器 3606根據模式選擇信號S[3:0]從控制信號S4、S3、S2及Sl中選取其中之一做為控制信號 VA及VB，邏輯電路3608根據接地端GND的電位、頻率CLK2B及Clk_boost以及信號PWM2產 生控制信號S5、S6、S7及S8，多任務器3610根據模式選擇信號S [3:0]從控制信號S8、S7、26S6及S5中選取其中之一做為控制信號VC及VD。圖13顯示本發明的第二實施例，在升降壓式電源轉換器130中，控制電路34驅動 功率級132以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，電阻Rl及R2分壓輸出電壓Vout產生 回授信號VFB給控制電路34。在功率級132中，開關SWl連接在輸入電壓Vin及電感L之 間，開關SW2連接在電感L及接地端GND之間，開關SW3連接在電感L及接地端GND之間，二 極管Dl連接在電感L及輸出電壓Vout之間。控制電路34同樣包括控制邏輯電路36、模式 檢測器38、比較器40及42、鋸齒波產生器44、誤差放大器46及頻率產生器48，控制邏輯電 路36根據信號PWMl及PWM2、模式選擇信號S [3:0]以及頻率Clk_boost及Clk_buck產生 控制信號VA、VB及VC切換開關SW1、SW2及SW3以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。當電源轉換器130操作在升降壓模式時，其開關的切換順序為(1)打開開關SW2 並關閉開關SWl及SW3，⑵打開開關SWl並關閉開關SW2及SW3，(3)打開開關SWl及SW3 並關閉開關SW2，之後重複步驟(1)至(3)，其中，當輸入電壓Vin、輸出電壓Vout與負載電 流Iload所決定出的責任周期大於第一臨界值且小於1，開關SW3的責任周期固定，當輸入 電壓Viru輸出電壓Vout與負載電流Iload所決定出的責任周期小於第二臨界值且大於1， 開關SWl及SW2的責任周期固定，而且當電源轉換器130的操作模式由降壓模式或升壓模 式進入升降壓模式時，開關的切換周期將由Ts延長為2Ts。圖14顯示本發明的第三實施例，在升降壓式電源轉換器140中，控制電路34驅動 功率級142以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，電阻Rl及R2分壓輸出電壓Vout產生 回授信號VFB給控制電路34。在功率級142中，開關SWl連接在輸入電壓Vin及電感L之 間，二極體D2連接在電感L及接地端GND之間，開關SW3連接在電感L及接地端GND之間， 開關SW4連接在電感L及輸出電壓Vout之間。控制電路34同模包括控制邏輯電路36、模 式檢測器38、比較器40及42、鋸齒波產生器44、誤差放大器46及頻率產生器48，控制邏輯 電路36根據信號PWMl及PWM2、模式選擇信號S [3:0]以及頻率Clk_boost及Clk_buck產 生控制信號VA、VC及VD切換開關SWl、SW3及SW4以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout。當電源轉換器140操作在升降壓模式時，其開關的切換順序為(1)打開開關SW4 並關閉開關SWl及SW3，⑵打開開關SWl及SW4並關閉開關SW3，(3)打開開關SWl及SW3 並關閉開關SW4，之後重複步驟(1)至(3)，其中，當輸入電壓Viru輸出電壓Vout與負載電 流Iload所決定出的責任周期大於第一臨界值且小於1，開關SW3及SW4的責任周期固定， 當輸入電壓Viru輸出電壓Vout與負載電流Iload所決定出的責任周期小於第二臨界值且 大於1，開關SWl的責任周期固定，而且當電源轉換器140的操作模式由降壓模式或升壓模 式進入升降壓模式時，開關的切換周期將由Ts延長為2Ts。圖15顯示本發明的第四實施例，在升降壓式電源轉換器150中，控制電路34驅動 功率級152以將輸入電壓Vin轉換為輸出電壓Vout，電阻Rl及R2分壓輸出電壓Vout產生 回授信號VFB給控制電路34。在功率級152中，開關SWl連接在輸入電壓Vin及電感L之 間，二極體D3連接在電感L及接地端GND之間，開關SW3連接在電感L及接地端GND之間， 二極體D4連接在電感L及輸出電壓Vout之間。控制電路34同模包括控制邏輯電路36、模 式檢測器38、比較器40及42、鋸齒波產生器44、誤差放大器46及頻率產生器48，控制邏輯 電路36根據信號PWMl及PWM2、模式選擇信號S [3:0]以及頻率Clk_boost及Clk_buck產 生控制信號VA及VC切換開關SWl及SW3以將輸入電壓Vi η轉換為輸出電壓Vout。
當電源轉換器150操作在升降壓模式時，其開關的切換順序為(1)關閉開關SWl 及SW3，(2)打開開關SWl並關閉開關SW3，⑶打開開關SWl及SW3，之後重複步驟(1)至 (3)，其中，當輸入電壓Vin、輸出電壓Vout與負載電流Iload所決定出的責任周期大於第 一臨界值且小於1，開關SW3的責任周期固定，當輸入電壓Viru輸出電壓Vout與負載電流 Iload所決定出的責任周期小於第二臨界值且大於1，開關SWl的責任周期固定，而且當電 源轉換器150的操作模式由降壓模式或升壓模式進入升降壓模式時，開關的切換周期將由 Ts延長為2Ts。圖16顯示模式檢測器38的實施例，在模式檢測器38中，當開關SWl打開時，開 關MPl也同時打開，因此電壓Vb為(Vin-Vsw-Ib X R3)，其中電壓Vsw與負載電流Iload成 正比，運算放大器3804將電壓Vb及Va鎖在同一準位上，因此流過電阻R4的電流Ia為 (Ib+Vsw/R4)，設計電流源3802及3806相等，使得流經電阻R5的電流Ic為(Vsw/R4)，因此 可推得電壓VDEC = Vin-IaX R4-Ic X R5= Vin-IbXR4_Vsw_(R5/R4)XVsw
= Vin- (1+R5/R4) Vsw-Ib X R4 公式 5由於(IbXR4)可以設計的相對小，因此電壓VDEC_ Vin-(l + R5/R4)Vsw公式 6由公式6可知，藉由調整電阻R5及R4的比值可以調節電壓VDEC，接著比較器 3808、3810 及 3812 分別比較(MlXVout)、(M2XVout)及(M3XVout)與電壓 VDEC，邏輯電 路3814根據比較器3808、3810及3812的輸出產生模式選擇信號S[3:0]。以上實施例僅供說明本發明之用，而非對本發明的限制，有關技術領域的技術人 員，在不脫離本發明的精神和範圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同 的技術方案也應該屬於本發明的範疇，應由各權利要求限定。28
權利要求
1.一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關連 接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第二開關連接在所述電感的第 一端及一接地端之間，一第三開關連接在所述電感的第二端及所述接地端之間，以及一第 四開關連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間，其特徵在於所述控制方 法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及在所述輸出端上的負載電流以決定 所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二、第三及第四開關的控制 包含(a)關閉所述第一開關，打開所述第二開關，關閉所述第三開關，打開所述第四開關；(b)打開所述第一開關，關閉所述第二開關，維持所述第三開關關閉，維持所述第四開 關打開；(C)維持所述第一開關打開，維持所述第二開關關閉，打開所述第三開關，關閉所述第 四開關。
2.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，所述決定所述電源轉換器操作在降壓 模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括下列步驟第一步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的倍 率值小於一第一臨界值，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；第二步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的倍 率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值，決定所述電源轉換器操作在所述第一升降 壓模式；第三步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的倍 率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值，決定所述電源轉換器操作在所述第二升降 壓模式；第四步驟當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的倍 率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。
3.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，更包括放大一第一信和及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述輸出 端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信號；比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號；比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控制所 述第一、第二、第三及第四開關。
4.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一及第二開 關的切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二、第三及第四開關的 切換周期為一大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二、第 三及第四開關的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三及第四開關的切換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。
5.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第三及 第四開關的責任周期固定。
6.如權利要求1所述的控制方法，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第一及 第二開關的責任周期固定。
7.一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括 一電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間； 一第二開關，連接在所述電感的第一端及一接地端之間； 一第三開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間； 一第四開關，連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間； 一控制電路，控制所述第一、第二、第三及第四開關的切換，並根據所述輸入端及輸出 端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降 壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二、第三及第四開關的控制包含 (a)關閉所述第一開關、打開所述第二開關、關閉所述第三開關及打開所述第四開關，(b) 打開所述第一開關、關閉所述第二開關、維持所述第三開關關閉及維持所述第四開關打開， 以及(c)維持所述第一開關打開、維持所述第二開關關閉、打開所述第三開關及關閉所述 第四開關。
8.如權利要求7所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路在所述輸入端及輸出 端上的電壓與所述負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一臨界值時，決定 所述電源轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述負載電流所 決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電 源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述負載電流所 決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電 源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定 出的所述電感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓 模式。
9.如權利要求7所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為所述 電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式； 一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號； 一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號； 一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號； 一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述第一、 第二、第三及第四開關的切換。
10.如權利要求9所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制邏輯電路包括一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參考電 壓產生一第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取其中 之一來控制所述第一及第二開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生一第 五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選取其 中之一來控制所述第三及第四開關的切換。
11.如權利要求10所述的電源轉換器，其特徵在於，所述除頻器包括D型正反器。
12.如權利要求7所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一及第 二開關的切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二、第三及第四開 關的切換周期為一大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第 二、第三及第四開關的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所 述第三及第四開關的切換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。
13.如權利要求7所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第 三及第四開關的責任周期固定。
14.如權利要求7所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第 一及第二開關的責任周期固定。
15.一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關連 接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第二開關連接在所述電感的第 一端及一接地端之間，一第三開關連接在所述電感的第二端及所述接地端之間，以及一二 極管具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換器的輸出端，其特徵在 於所述控制方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流以決定所 述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包含(a)關閉所述第一開關，打開所述第二開關，關閉所述第三開關；(b)打開所述第一開關，關閉所述第二開關，維持所述第三開關關閉；(c)維持所述第一開關打開，維持所述第二開關關閉，打開所述第三開關。
16.如權利要求15所述的控制方法，其特徵在於，所述決定所述電源轉換器操作在降 壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第一升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第二升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出 的所述電感兩端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模 式。
17.如權利要求15所述的控制方法，其特徵在於，更包括放大一第一信號及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述輸出 端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信號； 比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號； 比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控制所 述第一、第二及第三開關。
18.如權利要求15所述的控制方法，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一及第二 開關的切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切 換周期為一大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第 三開關的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三開關的 切換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。
19.如權利要求15所述的控制方法，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第三 開關的責任周期固定。
20.如權利要求15所述的控制方法，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第一 及第二開關的責任周期固定。
21.一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括 一電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間； 一第二開關，連接在所述電感的第一端及一接地端之間； 一第三開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間；一二極體，具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換器的輸出端；一控制電路，控制所述第一、第二、第三及第四開關的切換，並根據所述輸入端及輸出 端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降 壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包含(a)關 閉所述第一開關、打開所述第二開關及關閉所述第三開關，(b)打開所述第一開關、關閉所 述第二開關及維持所述第三開關關閉，以及(c)維持所述第一開關打開、維持所述第二開 關關閉及打開所述第三開關。
22.如權利要求21所述的電源轉換器，其特徵在於，控制電路在所述輸入端及輸出端 上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一臨界 值時，決定所述電源轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第 二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端上 的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界值 且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所述輸入 端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於 所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。
23.如權利要求21所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為所述 電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式； 一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號； 一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號； 一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號； 一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述第一、 第二及第三開關的切換。
24.如權利要求23所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制邏輯電路包括 一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參考電 壓產生一第一控制信號、第二控制信號及第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取其中 之一來控制所述第一及第二開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生一第 五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選取其 中之一來控制所述第三開關的切換。
25.如權利要求M所述的電源轉換器，其特徵在於，所述除頻器包括D型正反器。
26.如權利要求21所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一及第 二開關的切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的 切換周期為一大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及 第三開關的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第三開關 的切換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。
27.如權利要求21所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第 三開關的責任周期固定。
28.如權利要求21所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第 一及第二開關的責任周期固定。
29.一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關連 接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一二極體具有一陽極連接一接地端及一陰極連接所述電感的第一端，一第二開關連接在所述電感的第二端及所述接地端之 間，以及一第三開關連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間，其特徵在 於所述控制方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流以決定所 述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包含(a)關閉所述第一開關，關閉所述第二開關，打開所述第三開關；(b)打開所述第一開關，維持所述第二開關關閉，維持所述第三開關打開； (C)維持所述第一開關打開，打開所述第二開關，關閉所述第三開關。
30.如權利要求四所述的控制方法，其特徵在於，所述決定所述電源轉換器操作在降 壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的 倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第一 升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第二升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。
31.如權利要求四所述的控制方法，其特徵在於，更包括放大一第一信號及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述輸出 端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信號； 比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號； 比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控制所 述第一、第二及第三開關。
32.如權利要求四所述的控制方法，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一開關的 切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周期 為一大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第三開關 的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二及第三開關的 切換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。
33.如權利要求四所述的控制方法，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第二 及第三開關的責任周期固定。
34.如權利要求四所述的控制方法，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第一 開關的責任周期固定。
35.一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括 一電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間； 一二極體，具有一陽極連接一接地端及一陰極連接所述電感的第一端； 一第二開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間； 一第三開關，連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間； 一控制電路，控制所述第一、第二及第三開關的切換，並根據所述輸入端及輸出端上 的電壓以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模 式、第二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一、第二及第三開關的控制包含(a)關 閉所述第一開關、關閉所述第二開關及打開所述第三開關，(b)打開所述第一開關、維持所 述第二開關關閉及維持所述第三開關打開，以及(c)維持所述第一開關打開、打開所述第 二開關及關閉所述第三開關。
36.如權利要求35所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路在所述輸入端及輸 出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第一 臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓與 所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於一第一臨界值且小於一 第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸出端 上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三臨界 值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所述輸 入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大 於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。
37.如權利要求35所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為所述 電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式； 一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號； 一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號； 一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號； 一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述第一、 第二及第三開關的切換。
38.如權利要求37所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制邏輯電路包括 一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參考電 壓產生一第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取其中 之一來控制所述第一開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生一第 五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選取其 中之一來控制所述第二及第三開關的切換。
39.如權利要求38所述的電源轉換器，其特徵在於，所述除頻器包括D型正反器。
40.如權利要求35所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一開關 的切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一、第二及第三開關的切換周 期為一大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一、第二及第三開 關的切換周期為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二及第三開關 的切換周期為一小於所述第二及第三周期的第四周期。
41.如權利要求35所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第 二及第三開關的責任周期固定。
42.如權利要求35所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第 一開關的責任周期固定。
43.一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關連 接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第一二極體具有一陽極連接一 接地端及一陰極連接所述電感的第一端，一第二開關連接在所述電感的第二端及所述接地 端之間，以及一第二二極體具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換 器的輸出端，其特徵在於所述控制方法包括下列步驟第一步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及所述輸出端上的負載電流以決定所 述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；第二步驟在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的控制包含(a)關閉所述第一開關，關閉所述第二開關；(b)打開所述第一開關，維持所述第二開關關閉；(c)維持所述第一開關打開，打開所述第二開關。
44.如權利要求43所述的控制方法，其特徵在於，所述決定所述電源轉換器操作在降 壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式的步驟包括當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值小於一第一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值大於所述第一臨界值且小於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第一升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩 端的倍率值小於一第三臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述 第二升降壓模式；當所述輸入端及輸出端上的電壓與負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於 所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。
45.如權利要求43所述的控制方法，其特徵在於，更包括放大一第一信號及一參考電壓之間的差值產生一第二信號，所述第一信號為所述輸出端上電壓的函數；提供一第一頻率及一第二頻率；根據所述電源轉換器的操作模式及所述第一頻率產生一第三信號及一第四信號；比較所述第二信號及第三信號產生一第五信號；比較所述第二信號及第四信號產生一第六信號；根據所述電源轉換器的操作模式、所述第五及第六信號、第一頻率及第二頻率控制所 述第一及第二開關。
46.如權利要求43所述的控制方法，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一開關的 切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為一大 於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為 一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二開關的切換周期為一小於所 述第二及第三周期的第四周期。
47.如權利要求43所述的控制方法，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第二 開關的責任周期固定。
48.如權利要求43所述的控制方法，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第一 開關的責任周期固定。
49.一種升降壓式電源轉換器，其特徵在於，包括一電感；一第一開關，連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間；一第一二極體，具有一陽極連接一接地端及一陰極連接所述電感的第一端；一第二開關，連接在所述電感的第二端及所述接地端之間；一第二二極體，具有一陽極連接所述電感的第二端及一陰極連接所述電源轉換器的輸 出端；一控制電路，控制所述第一及第二開關的切換，並根據所述輸入端及輸出端上的電壓 以及所述輸出端上的負載電流決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第 二升降壓模式或升壓模式；其中，在所述第一及第二升降壓模式時，所述第一及第二開關的控制包含(a)關閉所 述第一開關及關閉所述第二開關，(b)打開所述第一開關及維持所述第二開關關閉，以及 (c)維持所述第一開關打開及打開所述第二開關。
50.如權利要求49所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路在當所述輸入端及 輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第 一臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述降壓模式；在所述輸入端及輸出端上的電壓 與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值大於所述第一臨界值且小 於一第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第一升降壓模式；在所述輸入端及輸 出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率值小於一第三 臨界值且大於所述第二臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述第二升降壓模式；在所 述輸入端及輸出端上的電壓與所述輸出端上的負載電流所決定出的所述電感兩端的倍率 值大於所述第三臨界值時，決定所述電源轉換器操作在所述升壓模式。
51.如權利要求49所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制電路包括一誤差放大器，根據一第一信號及一參考電壓產生一第二信號，所述第一信號為所述 電源轉換器輸出端上電壓的函數；一頻率產生器，提供一第一頻率及一第二頻率；一模式檢測器，檢測所述電源轉換器的輸入端及輸出端上的電壓產生一第三信號以決 定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式； 一鋸齒波產生器，根據所述第三信號及第一頻率提供一第四信號或一第五信號； 一第一比較器，比較所述第二信號及所述第四信號產生一第六信號； 一第二比較器，比較所述第二信號及所述第五信號產生一第七信號； 一控制邏輯電路，根據所述第三、第六及第七信號以及第一及第二頻率控制所述第一 及第二開關的切換。
52.如權利要求51所述的電源轉換器，其特徵在於，所述控制邏輯電路包括 一除頻器，對所述第一頻率除頻產生一第三頻率；一第一邏輯電路，根據所述第六信號、第一頻率、第二頻率、第三頻率及一第二參考電 壓產生一第一控制信號、第二控制信號、第三控制信號及第四控制信號；一第一多任務器，根據所述三信號從所述第一、第二、第三及第四控制信號中選取其中 之一來控制所述第一開關的切換；一第二邏輯電路，根據所述第七信號、第一頻率、第三頻率及一第三參考電壓產生一第 五控制信號、第六控制信號、第七控制信號及第八控制信號；一第二多任務器，根據所述第三信號從所述第五、第六、第七及第八控制信號中選取其 中之一來控制所述第二開關的切換。
53.如權利要求52所述的電源轉換器，其特徵在於，所述除頻器包括D型正反器。
54.如權利要求49所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述降壓模式時，所述第一開關 的切換周期為一第一周期；在所述第一升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期為一 大於所述第一周期的第二周期；在所述第二升降壓模式時所述第一及第二開關的切換周期 為一大於所述第一周期的第三周期；在所述升壓模式時所述第二開關的切換周期為一小於 所述第二及第三周期的第四周期。
55.如權利要求49所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第一升降壓模式時，所述第 二開關的責任周期固定。
56.如權利要求49所述的電源轉換器，其特徵在於，在所述第二升降壓模式時，所述第 一開關的責任周期固定。
全文摘要
一種升降壓式電源轉換器的控制方法，所述電源轉換器包含一電感，一第一開關連接在所述電源轉換器的輸入端及所述電感的第一端之間，一第二開關連接在所述電感的第一端及一接地端之間，一第三開關連接在所述電感的第二端及所述接地端之間，以及一第四開關連接在所述電感的第二端及所述電源轉換器的輸出端之間，其特徵在於所述控制方法包括下列步驟檢測所述輸入端及輸出端上的電壓以及在所述輸出端上的負載電流以決定所述電源轉換器操作在降壓模式、第一升降壓模式、第二升降壓模式或升壓模式；在所述第一及第二升降壓模式時，控制所述第一、第二、第三及第四開關。
文檔編號H02M3/158GK102055335SQ200910212078
公開日2011年5月11日 申請日期2009年11月3日 優先權日2009年11月3日
發明者何心欣, 吳緯權, 陳科宏 申請人:立錡科技股份有限公司