CN112152453B - 侦测电路、具有侦测电路的切换式稳压器及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用来侦测流经一电感的一电感电流的侦测电路。该电感耦接于一开关。该侦测电路包含一比较电路以及一讯号产生电路。该比较电路具有一第一节点，用以将该开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以在该第一节点提供一第一电压。该讯号产生电路耦接于该第一节点，用以根据该第一电压输出一第一侦测讯号。该第一侦测讯号指示出流经该电感的该电感电流是否到达一第一电流阈值。本发明还公开了一种包含侦测电路的切换式稳压器，以及一种切换式稳压器的控制方法。

Description

侦测电路、具有侦测电路的切换式稳压器及其控制方法
技术领域
本发明涉及电流侦测领域，具体涉及一种用来侦测接近于零电流的流经电感的电感电流的侦测电路，以及切换式稳压器和切换式稳压器的控制方法。
背景技术
电源转换器(power converter)可在不同的模式或情境中操作使用。例如，电源转换器在负载相对较重的情形下可操作在连续导通模式(continuous conduction mode，CCM)。在连续导通模式中，电源转换器的电感电流(inductor current)(诸如流经或通过电感的电流)可能不会减少到零电流。电源转换器可传输大的负载电流。在轻负载的情形下，电源转换器可在不连续导通模式(discontinuous conduction mode，DCM)操作以提供小的负载电流。由于便携设备大部分的时间是操作在轻负载(例如待机模式)，因此，便携设备通常会采用可支持不连续导通模式的电源转换器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用来侦测接近于零电流的流经电感的电感电流的侦测电路，以及切换式稳压器和切换式稳压器的控制方法。
为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一种用来侦测流经一电感的一电感电流的侦测电路，所述电感耦接于一开关，所述侦测电路包含：
一比较电路，具有一第一节点，所述比较电路用以将所述开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以在所述第一节点产生一第一电压；以及
一讯号产生电路，耦接于所述第一节点，所述讯号产生电路用以根据所述第一电压输出一第一侦测讯号，所述第一侦测讯号指示出流经所述电感的所述电感电流是否到达一第一电流阈值。
可选的，当所述二极管的所述导通时间等于所述时间阈值时，所述讯号产生电路所输出的第一侦测讯号在所述电感电流到达该第一电流阈值的时间点，从一讯号位准转变为不同于该讯号位准的另一讯号位准。
可选的，当所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来延后所述第一侦测讯号从该讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。
可选的，当所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来提前所述第一侦测讯号从该讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。
可选的，其中所述比较电路包含：
一电荷储存装置，耦接于所述第一节点；以及
一处理电路，经由所述第一节点耦接于所述电荷储存装置，所述处理电路用以将所述二极管的所述导通时间与所述时间阈值作比较，以调整所述电荷储存装置所储存的电荷，并据以调整所述第一节点的所述第一电压。
可选的，其中所述处理电路包含：
一充电电路，耦接于所述第一节点，所述充电电路用以于所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行充电以提高所述第一节点的所述第一电压；以及
一放电电路，耦接于所述第一节点，所述放电电路用以于所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行放电以降低所述第一节点的所述第一电压。
可选的，其中所述充电电路包含：
一比较器，用以将所述二极管的所述导通时间与所述时间阈值作比较，以产生一比较结果；以及
一电流源，耦接于所述比较器，所述电流源用以于所述比较结果指示出所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，提供一电流给所述电荷储存装置。
可选的，其中所述放电电路包含：
一比较器，用以将所述二极管的所述导通时间与所述时间阈值作比较，以产生一比较结果；以及
一电流槽，耦接于所述比较器，所述电流槽用以于所述比较结果指示出所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，从所述电荷储存装置汲取一电流。
可选的，其中所述讯号产生电路包含：
一比较器，耦接于所述第一节点，所述比较器用以将一斜坡电压与所述第一电压作比较，以产生一控制讯号；以及
一输出电路，耦接于所述比较器，所述输出电路用以根据所述控制讯号输出第一侦测讯号，其中在所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压之前，所述第一侦测讯号具有一讯号位准；当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压时，所述第一侦测讯号具有不同于该讯号位准的另一讯号位准。
可选的，所述输出电路用以根据所述控制讯号选择性地将一第二侦测讯号作为所述第一侦测讯号；所述第二侦测讯号在所述电感电流减少至大于所述第一电流阈值的一第二电流阈值的时间点，从该讯号位准转变为另一讯号位准；当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压时，所述输出电路用以将所述第二侦测讯号作为所述第一侦测讯号。
可选的，所述斜坡电压在所述电感电流到达所述第二电流阈值的时间点开始上升。
可选的，另包含：
一侦测器，耦接于一第二节点与所述比较电路，该第二节点耦接于所述开关与所述电感，所述侦测器用以感测所述第二节点的一第二电压以输出一第二侦测讯号至所述比较电路，所述第二侦测讯号指示出所述二极管的所述导通时间。
可选的，一种切换式稳压器，包含：
一开关，耦接于一电感，所述开关由一驱动讯号所控制；以及
一侦测电路，耦接于所述开关，用以产生所述驱动讯号，所述侦测电路包含：
一比较电路，具有一第一节点，所述比较电路用以将所述开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以选择性地调整累积在所述第一节点的电荷；
一讯号产生电路，耦接于所述第一节点，所述讯号产生电路用以根据所述第一节点的一第一电压输出一第一侦测讯号，所述第一侦测讯号指示出流经所述电感的一电感电流是否到达一电流阈值；以及
一驱动电路，耦接于所述开关与所述讯号产生电路，其中当所述第一侦测讯号指示出所述电感电流到达所述电流阈值时，所述驱动电路用以根据所述第一侦测讯号输出所述驱动讯号，以及根据所述驱动讯号关断所述开关。
可选的，当所述二极管的所述导通时间等于所述时间阈值时，所述讯号产生电路所输出的所述第一侦测讯号在所述电感电流到达所述第一电流阈值的时间点翻转。
可选的，当所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，所述比较电路用以调整在所述第一节点所累积的电荷，以及所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来延后翻转所述第一侦测讯号；所述驱动电路用以根据所述第一侦测讯号来延长所述开关的导通时间。
可选的，当所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，所述比较电路用以调整在所述第一节点所累积的电荷，以及所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来提前翻转所述第一侦测讯号；所述驱动电路用以根据所述第一侦测讯号来缩短所述开关的导通时间。
可选的，其中所述比较电路包含：
一电荷储存装置，耦接于所述第一节点；
一充电电路，耦接于所述第一节点，所述充电电路用以于所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行充电以提高所述第一节点的所述第一电压；以及
一放电电路，耦接于所述第一节点，所述放电电路用以于所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行放电以降低所述第一节点的所述第一电压。
可选的，其中所述讯号产生电路包含：
一比较器，耦接于所述第一节点，所述比较器用以将一斜坡电压与所述第一电压作比较，以产生一控制讯号；以及
一输出电路，耦接于所述比较器，所述输出电路用以根据所述控制讯号输出所述第一侦测讯号，其中在所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压之前，所述第一侦测讯号具有一讯号位准；当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压时，所述第一侦测讯号具有不同于该讯号位准的另一讯号位准。
可选的，所述比较电路用以接收指示出所述二极管的所述导通时间的一第二侦测讯号；所述侦测电路另包含：
一侦测器，耦接于一第二节点与该比较电路，所述第二节点耦接于所述开关与所述电感，所述侦测器用以感测所述第二节点的一第二电压以产生所述第二侦测讯号。
可选的，一种切换式稳压器的控制方法，所述切换式稳压器具有耦接于一电感的一开关，所述控制方法包含：
将所述开关的一体二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以调整一电压；
将一斜坡电压与调整后的所述电压作比较，以产生一控制讯号；
当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达调整后的所述电压时，产生指示出流经所述电感的一电感电流到达一电流阈值的一侦测讯号；以及
根据所述侦测讯号关断所述开关。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明的某些实施例包含一种用来侦测流经一电感的一电感电流的侦测电路。该电感耦接于一开关节点，其耦接于一开关。该侦测电路包含一比较电路以及一讯号产生电路。该比较电路具有一第一节点，用以将该开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以在该第一节点提供一第一电压。该讯号产生电路耦接于该第一节点，用以根据该第一电压输出一第一侦测讯号。该第一侦测讯号指示出流经该电感的该电感电流是否到达一第一电流阈值。
本发明的某些实施例包含一种切换式稳压器。该切换式稳压器包含一开关以及一侦测电路。该开关耦接于一电感，并由一驱动讯号所控制。该侦测电路耦接于该开关，该开关用以产生该驱动讯号，该侦测电路包含一比较电路、一讯号产生电路以及一驱动电路。该比较电路具有一第一节点，用以将该开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以选择性地调整累积在该第一节点的电荷。该讯号产生电路耦接于该第一节点，用以根据该第一节点的一第一电压输出一第一侦测讯号。该第一侦测讯号指示出流经该电感的一电感电流是否到达一电流阈值。该驱动电路耦接于该开关与该讯号产生电路。当该第一侦测讯号指示出该电感电流到达该电流阈值时，该驱动电路用以根据该第一侦测讯号输出该驱动讯号，以及根据该驱动讯号关断该开关，其中该电流阈值相当接近零电流以避免不必要的能量损耗。
本发明的某些实施例包括一种切换式稳压器的控制方法。该切换式稳压器具有耦接于一电感的一开关。该控制方法包含：将该开关的一体二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以调整一电压；将一斜坡电压与调整后的该电压作比较，以产生一控制讯号；当该控制讯号指示出该斜坡电压到达调整后的该电压时，产生指示出流经该电感的一电感电流到达一电流阈值的一侦测讯号；以及根据该侦测讯号关断该开关。
借由用于一体二极管导通时间(body diode conduction time)的一时间阈值，本发明所提供的自动调校侦测方案(auto-tuning detection scheme)可适应性地且自动地调整一同步开关(synchronous switch)的导通时间，进而将该体二极管导通时间于几个切换周期(switching cycles)内调整至接近或等于该时间阈值，以达到大体上是零安培(ampere，A)的零电流侦测。该开关可在适当的或最佳的时间点关断，故可减少该开关的体二极管的导通损耗。此外，本发明所提供的自动调校侦测方案可实施为模拟控制方案(analog control scheme)。相较于数字控制方案，模拟控制方案使用了较小的晶粒(die)面积或硅面积。
附图说明
搭配以下附图来阅读下文的具体实施方式，可清楚地理解本发明的多种实施方式。应注意到，根据本领域的标准惯例，图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。
图1为根据本发明某些实施例的一示例性切换式稳压器的一部分的示意图；
图2为根据本发明某些实施例的图1所示的切换式稳压器中所产生的讯号波形的示意图；
图3为根据本发明某些实施例的图1所示的侦测电路的一具体实施方式的示意图；
图4为根据本发明某些实施例的图1所示的电压、侦测讯号及电感电流的讯号波形的示意图；
图5为根据本发明某些实施例的图3所示的充电电路的一具体实施方式的示意图；
图6为根据本发明某些实施例的图5所示的比较器的操作所涉及的讯号波形的示意图；
图7为根据本发明某些实施例的图5所示的比较器的操作所涉及的讯号波形的示意图；
图8为根据本发明某些实施例的图3所示的侦测器的操作所涉及的讯号波形的示意图；
图9为根据本发明某些实施例的图3所示的侦测器的操作所涉及的讯号波形的示意图；
图10为根据本发明某些实施例的一示例性切换式稳压器的一部分的示意图；
图11为根据本发明某些实施例的图10所示的电压、侦测讯号及电感电流的讯号波形的示意图；
图12为根据本发明某些实施例的一示例性切换式稳压器的一部分的示意图；
图13为根据本发明某些实施例的图12所示的电压、侦测讯号及电感电流的讯号波形的示意图；
图14为根据本发明某些实施例的一切换式稳压器的一示例性控制方法的流程图。
符号说明
107侦测器；304侦测电路；306侦测器；310比较电路；312电荷储存装置；314处理电路；316充电电路；318放电电路；320讯号产生电路；322比较器；324输出电路；326与门；C1电容；Nc节点；Vc电压；Vramp斜坡电压；BD_on侦测讯号；ZC_auto、ZC_orig侦测讯号；ZC_blk控制讯号；Stg预定讯号；Ton时间；Tth时间阈值；
100、1000、1200切换式稳压器；101控制电路；102控制器；104、304侦测电路；106、306侦测器；107侦测器；108驱动电路；109切换电路；310比较电路；312电荷储存装置；314处理电路；316、516充电电路；318、518放电电路；320讯号产生电路；322比较器；324输出电路；326、A1、A2与门；536、538比较器；546电流源；548电流槽；1400控制方法；1402、1404、1406、1408操作；Q1、Q2开关；D1、D2二极管；L电感；R1、R2电阻；Cout、C1电容；I1、I2反相器；Lx、Nin、Nr、Nout、Nf、Ns、Nc节点；DQ1、DQ2、DQ21、DQ22驱动讯号；VLx、Vf、Vc、VLx’电压；VQ2电压降；Vout输出电压；Vramp斜坡电压；IL、IL’电感电流；Ic、Id电流；CS控制讯号；BD_on侦测讯号；ZC_auto、ZC_orig侦测讯号；ZC_blk控制讯号；Stg预定讯号；Stg’、BD_on’反相讯号；CRc、CRd比较结果；Ton时间；tA、tB、tA’、tB’、t1～t8、tP、tQ、tX、tZ时间点；Ts、Ts’、Tblk
一段时间；Tth时间阈值；SC1、SC2切换周期；Cthx、Cthz电流阈值。
具体实施方式
以下揭示内容提供了多种实施方式或例示，其能用以实现本发明内容的不同特征。下文所述的组件与配置的具体例子用以简化本发明内容。应当认识到的是，这些叙述仅为例示，其本意并非用于限制本发明内容。举例来说，在下文的描述中，将一第一特征形成于一第二特征上或之上，可能包含该第一特征与该第二特征彼此直接接触的某些实施例，也可包含该第一特征与该第二特征之间还包含额外特征形成于其中，使得该第一特征与该第二特征可能没有直接接触的的某些实施例。此外，本发明内容可能会在多个实施例中重复使用组件符号和/或标号。此种重复使用乃是基于简洁与清楚的目的，其本身不代表所讨论的不同实施例和/或组态之间的关系。
本发明的实施例详述如下。然而，应当理解，本发明的实施例提供了许多可应用的概念，其可广泛地实施于各种特定场合。以下所讨论的实施例仅供说明的目的，并非用来限制本发明的范围。
此外，应当理解，若将一部件描述为与另一部件「连接(connected to)」或「耦接(coupled to)」，则两者可直接连接或耦接，或两者之间可能出现其他中间(intervening)部件。
电源转换器可利用零电流侦测(zero current detection，ZCD)来减少在不连续导通模式的操作中可能会出现的反向电感电流(reverse inductor current)。零电流侦测的准确性会影响电源转换器在不连续导通模式的操作中的效率与性能。例如，太早关断(turn off)一切换式稳压器(switching regulator)的一低边开关(low-side switch)(或可称作低压侧开关)，会驱使或引导电感电流流经该低边开关的体二极管(body diode)，导致相对较大的导通损耗。又例如，在该低边开关太晚关断的情形下，电感电流可流经该切换式稳压器的一高边开关(high-side switch)的体二极管，进而增加该高边开关的体二极管的导通损耗。此外，为了提升电源转换效率及降低功率消耗(power consumption)，该切换式稳压器通常会采用具有比较小的导通电阻(turn-on resistance)的一开关。然而，该开关的跨压与预定的零电流侦测电压(predetermined ZCD voltage)之间些微的偏差，即可造成零电流侦测存在很大的误差。举例来说，在该开关是由漏极-源极导通电阻(drain-source on-resistance)Rds(on)为1毫奥姆(mΩ)的金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET)来实施的情形下，即使所侦测的零电流电压与预定的零电流电压之间只具有1毫伏特的偏差，仍可引入相当大的电流(大约1安培)。
为了减少体二极管导通损耗，可利用数字电路来控制电源转换器之中的开关，例如(但不限于)低边开关或同步开关。然而，此方式通常不可避免地增加了电路设计的复杂度。
本发明提供了用来侦测流经(或流过)一电感的一电感电流的示例性侦测电路。本发明还提供了用来侦测流经一开关(其耦接于一电感)的一电流的示例性侦测电路。借助于时间阈值，本发明所提供的侦测电路可适应性地(或自动地)调校(tune)自身的操作，以决定电源转换器之中开关的适当(或最佳)切换时机。
例如，当本发明所提供的侦测电路应用于一切换式稳压器的零电流侦测操作时，该侦测电路可根据该切换式稳压器的体二极管导通时间(body diode conduction time)的目标时间(target time)来执行自动调校电流侦测(auto-tuning current detection)，进而产生一侦测讯号。该侦测讯号可较准确地指示出一电感电流是否到达一零电流位准。本发明还提供示例性切换式稳压器，其包含自动调校侦测电路。此外，本发明提供了切换式稳压器的示例性控制方法，其可实现高准确度的零电流侦测以控制切换式稳压器。进一步的说明如下。
图1为根据本发明某些实施例的一示例性切换式稳压器的一部分的示意图。切换式稳压器100可用来将一输入电压Vin转换为一输出电压Vout。在此实施例中，为方便说明，切换式稳压器100可实施为降压型转换器(buck converter)。所属领域的通常知识者可以理解切换式稳压器100可实施为其他类型的电源转换器，例如(但不限于)升压型转换器(boost converter)或降压－升压型转换器(buck-boost converter)等，而不会悖离本发明的精神与范围。
切换式稳压器100可包含复数个开关Q1与Q2、一电感L、一电容Cout、复数个电阻R1与R2，以及一控制电路101。
开关Q1可具有一二极管D1，诸如一体二极管，并可根据一驱动讯号DQ1选择性地耦接于一节点Nin与一节点Lx之间。开关Q2可具有一二极管D2，诸如一体二极管，并可根据一驱动讯号DQ2选择性地耦接于节点Lx与一节点Nr之间。节点Lx可称作一开关节点，其耦接于复数个开关Q1与Q2。在此实施例中，开关Q1(或可称作高边开关)可根据驱动讯号DQ1与节点Lx上的一浮动讯号(floating signal)两者之间的讯号位准差来进行切换。开关Q2(或可称作低边开关)可根据驱动讯号DQ2与节点Nr上的一参考讯号两者之间的讯号位准差来进行切换。举例来说，节点Nr可连接至地端(ground)，使得该参考讯号可以是一接地讯号。此外，复数个开关Q1与Q2所共享的节点Lx也可称作相位节点(phase node)或开关节点(switchnode)。
在此实施例中，切换式稳压器100可实施为同步切换式稳压器。开关Q1可称作切换式稳压器100的主开关。开关Q2可称作切换式稳压器100的同步开关。开关Q1可由主动式开关(active switch)来实施，诸如场效晶体管、金氧半场效晶体管、绝缘闸双极晶体管(insulated gate bipolar transistor，IGBT)或其他类型的主动式切换装置。开关Q2可由主动式开关来实施，诸如场效晶体管、金氧半场效晶体管、绝缘闸双极晶体管或其他类型的主动式切换装置。二极管D1可以是开关Q1的体二极管。二极管D2可以是开关Q2的体二极管。
电感L可耦接于节点Lx与一节点Nout之间。电容Cout可耦接于节点Nout与节点Nr之间。电感L与电容Cout可作为一滤波器，其用以对节点Lx上的电压VLx进行滤波，以产生输出电压Vout。
复数个电阻R1与R2串联于节点Nout与一节点Ns之间，并可作为一回授电路，其用以根据输出电压Vout于一节点Nf产生一电压Vf。节点Ns可耦接于一参考电压，诸如一电源供应电压(supply voltage)或接地电压。
控制电路101可耦接至复数个开关Q1与Q2，并可根据复数个电压VLx与Vf来产生复数个驱动讯号DQ1与DQ2，进而控制切换式稳压器100的切换操作。在某些实施例中，驱动讯号DQ1与驱动讯号DQ2可以是两个非重迭讯号(non-overlapping signals)。在某些实施例中，驱动讯号DQ2可以是驱动讯号DQ1的反相讯号。值得注意的是，在不同的操作模式中，控制电路101可采用不同的控制方案来控制切换操作。举例来说(但本发明不限于此)，在一模式(诸如连续导通模式)中，控制电路101可使用一驱动讯号DQ21以作为驱动讯号DQ2。驱动讯号DQ21是根据一控制方案(诸如脉波宽度调变(pulse width modulation，PWM)方案)来产生。在另一模式(诸如不连续导通模式)中，控制电路101可使用一驱动讯号DQ22以作为驱动讯号DQ2。驱动讯号DQ22是根据另一控制方案(诸如脉波频率调变(pulse frequencymodulation，PFM)方案)来产生。
在此实施例中，控制电路101可包含一控制器102以及一侦测电路104。控制器102可用以根据复数个电压VLx与Vf来产生复数个驱动讯号DQ1与DQ21。侦测电路104可借由侦测流经电感L的一电感电流IL，产生驱动讯号DQ22。侦测电路104可包含(但不限于)一侦测器106、一侦测器107以及一驱动电路108。侦测器106可用以根据二极管D2的导通状态来产生一侦测讯号ZC_auto。侦测讯号ZC_auto可指示出流经电感L的电感电流IL是否到达一电流阈值。在某些实施例中，该电流阈值可以是一正电流位准。在某些实施例中，该电流阈值可以是一零电流位准，其相当接近或大致等于零。因此，侦测器106可用于零电流侦测。
侦测器107可耦接于开关Q2与侦测器106之间，并可用来侦测二极管D2两端的电压降VQ2，进而产生一侦测讯号BD_on。在此实施例中，节点Nr可耦接至一接地讯号。因此，经由节点Lx耦接于开关Q2的侦测器107，可以借由感测节点Lx上的电压VLx来侦测电压降VQ2。侦测讯号BD_on可指示出二极管D2的导通状态。举例来说，侦测讯号BD_on可指示出二极管D2的时间Ton，诸如二极管D2的导通时间或非导通时间(non-conduction time)。
驱动电路108可耦接至控制器102、开关Q2以及侦测器106。驱动电路108可用来根据侦测讯号ZC_auto产生驱动讯号DQ22。当侦测讯号ZC_auto指示出电感电流IL到达该电流阈值时(或者在侦测讯号ZC_auto指示出电感电流IL到达该电流阈值之后)，驱动电路108可根据驱动讯号DQ22关断开关Q2。在此实施例中，驱动电路108可由控制器102所产生的控制讯号CS来控制。举例来说(但本发明不限于此)，驱动电路108可包含一切换电路109，其用以选择性地输出驱动讯号DQ22。当切换电路109关断(switched off)以使侦测器106未耦接至(或电性断开)开关Q2时(或者在切换电路109关断以使侦测器106未耦接至开关Q2之后)，驱动电路108可以不输出驱动讯号DQ22。当切换电路109导通/接通(switched on)时(或者在切换电路109接通之后)，驱动电路108可输出驱动讯号DQ22以控制开关Q2。值得注意的是，切换电路109可由多种能够选择性地输出驱动讯号DQ2的电路来实施。举例来说(但本发明不限于此)，切换电路109可由一切换装置、一闸控装置(gating device)或一与门(及闸)来实施。
在操作中，当切换式稳压器100操作在一模式时，控制器102可产生驱动讯号DQ21以控制开关Q2，以及产生控制讯号CS以关断切换电路109。当切换式稳压器100操作在另一模式时，侦测器106可根据二极管D2的导通状态来产生侦测讯号ZC_auto。侦测讯号ZC_auto可在电感电流IL到达该电流阈值(或降低至小于该电流阈值)的时间点，从一讯号位准转换为另一讯号位准，例如从一低位准翻转(toggle)至一高位准，或从一逻辑低位准翻转至一高逻辑位准。控制器102可产生控制讯号CS以接通切换电路109，使得驱动电路108可根据侦测讯号ZC_auto输出驱动讯号DQ22。当侦测讯号ZC_auto指示出电感电流IL到达该电流阈值(或降低至小于该电流阈值)时，驱动电路108可根据驱动讯号DQ22关断开关Q2。
值得注意的是，侦测电路104可利用自动调校侦测方案来产生侦测讯号ZC_auto。在电感电流IL到达该电流阈值之前，侦测器106可根据二极管D2的导通状态来动态地调整侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。当二极管D2的导通状态指示出电感电流IL到达或低于该电流阈值时，侦测讯号ZC_auto可从一讯号位准转变为不同于该讯号位准的另一讯号位准。因此，侦测器106所输出的侦测讯号ZC_auto可在电感电流IL到达或低于该电流阈值的时间点，从一讯号位准转变为不同于该讯号位准的另一讯号位准。驱动电路108可根据驱动讯号DQ22在适当的或最佳的时间点关断开关Q2。
举例来说(但本公开不限于此)，当二极管D2的导通时间大于一时间阈值时，侦测电路104可延后侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为不同于该讯号位准之另一讯号位准的时间点，进而延长开关Q2的接通时间/导通时间(turn-on time)。又例如，当二极管D2的导通时间小于一时间阈值时，侦测电路104可提前侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为不同于该讯号位准的另一讯号位准的时间点，进而缩短开关Q2的接通时间/导通时间。由于侦测电路104可在相对较佳、较适合、较正确或最佳的时间点关断开关Q2，故可降低流经一开关的一二极管(诸如二极管D1或二极管D2)的一电感电流，使得导通损耗(诸如该开关的该二极管的导通损耗)可减少或降到最低。
图2为根据本发明某些实施例的图1所示的切换式稳压器100中所产生的讯号波形的示意图。请连同图1参阅图2，开关Q1在一第一切换周期中的时间点tA关断，而开关Q2在经过一段时间Ts之后的时间点tB关断。当开关Q2关断时，由于电感电流IL流经二极管D2而于二极管D2的两端建立一电压降，电压VLx可降低至小于零。为了减少二极管D2的导通时间，切换式稳压器100可利用自动调校侦测方案来延后开关Q2关断的时间点，并可减少二极管D2的导通损耗。举例来说，在该第一切换周期之后的一第二切换周期中，开关Q2可在从开关Q1关断的时间点tA’经过一段时间Ts’之后的时间点tB’关断。由于该段时间Ts’的时间长度大于该段时间Ts的时间长度，因此，当开关Q2关断时，电感电流IL的电流位准可大致等于或相当接近零，故可减少二极管D2的导通时间及导通损耗。
在某些实施例中，本发明所提供的自动调校侦测方案可在电感电流IL的电流位准到达一电流阈值之前，逐渐地延后开关Q2关断的时间点，其中该电流阈值可大致等于或相当接近零安培。本发明所提供的自动调校侦测方案可利用一个或多个切换周期来减少电感电流IL的电流位准。例如，在该第一切换周期与该第二切换周期之间的一第三切换周期中，从开关Q1关断的时间点到开关Q2关断的时间点所经过的时间可大于该段时间Ts而小于该段时间Ts’。此外，在该第三切换周期中，当开关Q2关断时，由于二极管D2的导通时间尚未减少至一时间阈值或一目标时间，因此电感电流IL可到达大于该电流阈值之一电流位准。
图1所示的电路拓扑是用于说明的目的，并非用来限制本发明的范围。在某些实施例中，侦测器106、侦测器107与驱动电路108的至少其一可整合至控制器102之中。在控制器102可选择性地致能侦测器106以执行电流侦测的某些实施例中，驱动电路108是可省略的。在某些实施例中，切换式稳压器100可利用其他降压型转换器的电路拓扑来实施。举例来说，切换式稳压器100可实施为顺向式转换器(forward converter)，其为具有变压器的降压衍生型转换器(buck derived converter)。只要是可根据一开关的二极管的导通状态来动态地(或适应性地)调整该开关关断的时间点的侦测电路，设计上相关的变化与修改均遵循本发明的精神而落入本发明的范畴。
为方便理解本发明的内容，以下给出了零电流侦测所涉及的某些实施例以进一步说明本发明所提供的自动调校侦测方案。所属领域的通常知识者应可了解本发明所提供的自动调校侦测方案可应用至其他方面而不会悖离本发明的范围。
图3为根据本发明某些实施例的图1所示的侦测电路104的一具体实施方式的示意图。请连同图1参阅图3，侦测电路304包含侦测器107以及侦测器306，其中侦测器306可代表侦测器106之一实施方式。侦测器306包含(但不限于)一比较电路310以及一讯号产生电路320。比较电路310可具有一节点Nc，并可用以将时间Ton与一时间阈值Tth作比较，以在节点Nc提供一电压Vc，其中时间Ton可以是二极管D2的导通时间的目标时间。在此实施例中，比较电路310可借由对侦测讯号BD_on与一预定讯号Stg执行讯号处理操作，以将时间Ton与时间阈值Tth作比较，其中预定讯号Stg可指示出时间阈值Tth。
借由将时间Ton与时间阈值Tth作比较，比较电路310可选择性地调整累积在节点Nc的电荷，进而在节点Nc产生电压Vc。举例来说，比较电路310可包含一电荷储存装置312以及一处理电路314。在此实施例中，314电荷储存装置可实施为包含一电容C1。处理电路314可经由节点Nc耦接至电荷储存装置312，并可用来将时间Ton与时间阈值Tth作比较，以调整电荷储存装置312所储存的电荷，并据以调整节点Nc的电压Vc。例如，当二极管D2的时间Ton大于时间阈值Tth时，处理电路314可用来对节点Nc进行充电以增加电荷储存装置312所储存的电荷。又例如，当二极管D2的时间Ton小于时间阈值Tth时，处理电路314可用来对节点Nc进行放电以减少电荷储存装置312所储存的电荷。
在此实施例中，处理电路314可包含一充电电路316以及一放电电路318。充电电路316可耦接于节点Nc。当二极管D2的时间Ton大于时间阈值Tth时，充电电路316可对电荷储存装置312进行充电以提高节点Nc的电压Vc。放电电路318可耦接于节点Nc。当二极管D2的时间Ton小于时间阈值Tth时，放电电路318可对电荷储存装置312进行放电以降低节点Nc的电压Vc。
讯号产生电路320可经由节点Nc耦接于比较电路310，并可根据电压Vc输出侦测讯号ZC_auto。值得注意的是，二极管D2的时间Ton可影响流经二极管D2的电流量。由于电压Vc是因时间Ton与时间阈值Tth两者的比较结果所提供，因此，利用电压Vc所产生的侦测讯号ZC_auto可指示出流经二极管D2的电流(例如电感电流IL)是否到达一电流阈值。
讯号产生电路320可包含一比较器322以及一输出电路324。比较器322可耦接于节点Nc，并可用以将一斜坡电压Vramp与电压Vc作比较，以产生一控制讯号ZC_blk。当斜坡电压Vramp到达电压Vc时(或者在斜坡电压Vramp到达电压Vc之后)，控制讯号ZC_blk可从一讯号位准转换为另一讯号位准。在此实施例中，比较器322可由一放大器(例如误差放大器)来实施。
输出电路324可耦接于比较器322，并可用以根据控制讯号ZC_blk输出侦测讯号ZC_auto。在控制讯号ZC_blk指示出斜坡电压Vramp到达电压Vc之前(例如斜坡电压Vramp小于电压Vc)，输出电路324可输出具有一讯号位准的侦测讯号ZC_auto。当控制讯号ZC_blk指示出斜坡电压Vramp到达电压Vc时，输出电路324可输出具有不同于该讯号位准的另一讯号位准的侦测讯号ZC_auto。因此，侦测讯号ZC_auto可在斜坡电压Vramp到达电压Vc的时间点，从一讯号位准转换为另一讯号位准(例如从一低位准翻转至一高位准，或从一逻辑低位准翻转至一高逻辑位准)。
由于比较电路310可根据二极管D2的时间Ton来调整电压Vc，以及讯号产生电路320可根据电压Vc来调整侦测讯号ZC_auto，因此，二极管D2的时间Ton可根据图1所示的驱动讯号DQ22(其可因侦测讯号ZC_auto而产生)来调整。
图4为根据本发明某些实施例的图1所示的电压VLx、侦测讯号BD_on及电感电流IL的讯号波形的示意图。在此实施例中，图1所示的侦测器106可由图3所示的侦测器306来实施。图1所示的切换式稳压器100可操作在一模式以产生图4所示的讯号波形。在该模式中，驱动讯号DQ22可作为驱动讯号DQ2以控制开关Q2。
请一并参阅图1、图3和图4。在时间点t1之前，开关Q1与开关Q2均处于一断开状态(off state)。在时间点t1，切换式稳压器100可进入一切换周期SC1。开关Q1导通，使得电压VLx与电感电流IL均可增加。在时间点t2，开关Q1关断，而开关Q2导通。电压VLx可降低至节点Nr具有的参考电压。电感电流IL可逐渐减少。在时间点t3，开关Q2关断。电感电流IL可流经二极管D2，其可致使一负电压建立在节点Lx。在时间点t4，二极管D2处于逆向偏压(reversed biased)而关断。比较电路310可将时间Ton与时间阈值Tth作比较，以选择性地调整节点Nc的电压Vc。侦测讯号BD_on的高位准部分所持续的时间可代表时间Ton。在时间点t5，切换式稳压器100可进入一切换周期SC2。
在某些实施例中，当时间Ton等于时间阈值Tth时，比较电路310可以不调整节点Nc的电压Vc。侦测讯号ZC_auto可在电感电流IL到达该电流阈值的时间点，从一讯号位准转换为另一讯号位准(例如从低位准与高位准的其中之一翻转至低位准与高位准的其中之另一)。此外，开关Q2可在电感电流IL到达该电流阈值的时间点，根据驱动讯号DQ22关断。因此，开关Q2在切换周期SC2中的导通时间可等于在切换周期SC1中的导通时间。
在某些实施例中，当时间Ton不同于时间阈值Tth时，比较电路310可根据时间Ton与时间阈值Tth两者的比较结果来调整节点Nc的电压Vc。由于电感电流IL尚未到达该电流阈值，讯号产生电路320可据以调整侦测讯号ZC_auto。当讯号产生电路320用来延后翻转侦测讯号ZC_auto时，驱动电路108可根据侦测讯号ZC_auto延长开关Q2的导通时间。当讯号产生电路320用来提前翻转侦测讯号ZC_auto时，驱动电路108可根据侦测讯号ZC_auto缩短开关Q2的导通时间。
举例来说，当时间Ton大于时间阈值Tth时，讯号产生电路320可根据电压Vc来延后侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。开关Q2可在侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点，根据驱动讯号DQ22关断。因此，可根据侦测讯号ZC_auto来延长开关Q2的导通时间。相较于从时间点t2至时间点t3所经过的时间，从时间点t6至时间点t7所经过的时间有所增加。此外，二极管D2的导通时间可缩短。相较于从时间点t3至时间点t4所经过的时间，从时间点t7至时间点t8所经过的时间有所减少。
又例如，当时间Ton小于时间阈值Tth时，讯号产生电路320可根据电压Vc来提前侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。开关Q2可在侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点，根据驱动讯号DQ22关断。因此，可根据侦测讯号ZC_auto来缩短开关Q2的导通时间。相较于从时间点t2至时间点t3所经过的时间，从时间点t6至时间点t7所经过的时间有所减少。此外，二极管D2的导通时间可延长。相较于从时间点t3至时间点t4所经过的时间，从时间点t7至时间点t8所经过的时间有所增加。
图5为根据本发明某些实施例的图3所示的充电电路316的一具体实施方式的示意图。充电电路516可代表图3所示的充电电路316的一实施方式。充电电路516包含(但不限于)一比较器536以及一电流源546。比较器536可用来将二极管D2的时间Ton与时间阈值Tth作比较，以产生一比较结果CRc。电流源546可耦接于比较器536。当比较结果CRc指示出二极管D2的时间Ton大于时间阈值Tth时，电流源546可用来提供一电流Ic给图3所示的电荷储存装置312。
在此实施例中，比较器536可实施为包含一反相器I1与一与门A1。反相器I1可用来反相预定讯号Stg以产生一反相讯号Stg’。与门A1可用来接收侦测讯号BD_on及反相讯号Stg’，以产生比较结果CRc。图6为根据本发明某些实施例的图5所示的比较器536的操作所涉及的讯号波形的示意图。请连同图5参阅图6，侦测讯号BD_on的高位准部分所持续的时间可代表二极管D2的时间Ton，以及预定讯号Stg的高位准部分所持续的时间可代表时间阈值Tth。当二极管D2持续导通的时间超过时间阈值Tth时，侦测讯号BD_on可具有高位准，而预定讯号Stg可具有低位准。与门A1可输出具有高位准的比较结果CRc，以指示出二极管D2的时间Ton大于时间阈值Tth。比较结果CRc的高位准部分所持续的时间可代表二极管D2的时间Ton大于时间阈值Tth的一段时间。
当比较结果CRc具有高位准时，可启用电流源546以提供电流Ic，对节点Nc进行充电，进而增加电压Vc。当电压Vc增加时，斜坡电压Vramp可能会需要多一点的时间才可到达电压Vc。因此，讯号产生电路320可延后侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。由于图1所示的开关Q2可在侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点关断，故可延长图1所示的开关Q2的导通时间。
图5为根据本发明某些实施例的图3所示的放电电路318的另一具体实施方式的示意图。放电电路518可代表图3所示的放电电路318的一实施方式。放电电路518包含(但不限于)一比较器538以及一电流槽548。比较器538可用来将二极管D2的时间Ton与时间阈值Tth作比较，以产生一比较结果CRd。电流槽548可耦接于比较器538。当比较结果CRd指示出二极管D2的时间Ton小于时间阈值Tth时，电流槽548可从图3所示的电荷储存装置312汲取一电流Id。
在此实施例中，比较器538可实施为包含一反相器I2与一与门A2。反相器I2可用来反相侦测讯号BD_on以产生一反相讯号BD_on’。与门A2可用来接收预定讯号Stg及反相讯号BD_on’，以产生比较结果CRd。图7为根据本发明某些实施例的图5所示的比较器538的操作所涉及的讯号波形的示意图。请连同图5参阅图7，侦测讯号BD_on的高位准部分所持续的时间可代表二极管D2的时间Ton，以及预定讯号Stg的高位准部分所持续的时间可代表时间阈值Tth。在二极管D2在经过时间阈值Tth之前即已关断的情形下，侦测讯号BD_on可具有低位准，而预定讯号Stg可具有高位准。与门A2可输出具有高位准的比较结果CRd，以指示出二极管D2的时间Ton小于时间阈值Tth。比较结果CRd的高位准部分所持续的时间可代表二极管D2的时间Ton小于时间阈值Tth的一段时间。
当比较结果CRd具有高位准时，可启用电流槽548以汲取电流Id，对节点Nc进行放电，进而降低电压Vc。当电压Vc降低时，斜坡电压Vramp可能只需要一点时间即可到达电压Vc。因此，讯号产生电路320可提前侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。由于图1所示的开关Q2可在侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点关断，故可缩短图1所示的开关Q2的导通时间。
请再次参阅图3，输出电路324可接收一侦测讯号ZC_orig。侦测讯号ZC_orig可在侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点之前，从一讯号位准转变为另一讯号位准。借由根据控制讯号ZC_blk选择性地将侦测讯号ZC_orig作为侦测讯号ZC_auto，输出电路324可控制侦测讯号ZC_auto从一讯号位准转变为另一讯号位准的时间点，进而控制图1所示的开关Q2的切换时机。
在此实施例中，输出电路324可实施为包含一与门326。与门326可用来接收控制讯号ZC_blk与侦测讯号ZC_orig，以产生侦测讯号ZC_auto。图8与图9为根据本发明某些实施例的图3所示的侦测器306的操作所涉及的讯号波形的示意图。请一并参阅图3、图8与图9。在时间点tP，开关Q1导通，而开关Q2维持在关断状态。电压VLx与电感电流IL均会增加。在时间点tQ，开关Q1关断，而开关Q2导通。电压VLx可降低至节点Nr上的参考电压。电感电流IL可逐渐减少。
在时间点tX，由于图1所示的电感电流IL减少至一电流阈值Cthx，侦测讯号ZC_orig可从一讯号位准转变为另一讯号位准(例如从一低位准翻转至一高位准，或从一逻辑低位准翻转至一高逻辑位准)。在此实施例中，斜坡电压Vramp可在时间点tX开始上升。由于斜坡电压Vramp尚未到达电压Vc，控制讯号ZC_blk可维持在一讯号位准(在此实施例中，诸如一低位准或一逻辑低位准)。因此，侦测讯号ZC_auto可维持在一讯号位准，诸如一低位准或一逻辑低位准。图1所示的开关Q2可维持在导通状态。
在时间点tZ，由于斜坡电压Vramp到达电压Vc，控制讯号ZC_blk可从一讯号位准转变为另一讯号位准(在此实施例中，诸如一高位准或一逻辑高位准)。输出电路324可根据控制讯号ZC_blk将侦测讯号ZC_orig作为侦测讯号ZC_auto。例如，由于控制讯号ZC_blk处在高位准，与门326可输出具有高位准的侦测讯号ZC_auto。侦测讯号ZC_auto的讯号位准的翻转可指示出图1所示的电感电流IL到达一电流阈值Cthz，例如用于零电流侦测的零电流阈值(zero-current threshold)。因此，图1所示的开关Q2可根据图1所示的驱动讯号DQ22来关断，其中图1所示的驱动讯号DQ22可因侦测讯号ZC_auto而产生。
在某些实施例中，侦测讯号ZC_auto可由相较于侦测讯号ZC_orig被延迟一段时间Tblk的一侦测讯号来实施。该段时间Tblk可因电压Vc来调整。
图8为另外的电压VLx’与电感电流IL’的讯号波形的示意图以供对照。电压VLx’代表了在开关Q2根据侦测讯号ZC_orig在时间点tX关断的情形下图1所示的节点Lx的电压。电感电流IL’代表了在此情形下流经图1所示的电感L的电流。请连同图1参阅图8。当开关Q2根据侦测讯号ZC_orig在时间点tX关断时，二极管D2可导通一段时间Tx。当开关Q2根据侦测讯号ZC_auto在时间点tZ关断时，二极管D2可导通一段时间Tz(其远小于该段时间Tx)，其中侦测讯号ZC_auto可视为侦测讯号ZC_orig的延迟版本。因此，当根据侦测讯号ZC_auto来控制开关Q2时，二极管D2可具有相对较小的导通损耗。
以上所述的电路拓扑是用于说明的目的，并非用来限制本发明的范围。在某些实施例中，图3所示的充电电路316可利用其他不同于图5所示的充电电路516的电路架构来实施。在某些实施例中，图3所示的放电电路318可利用其他不同于图5所示的放电电路518的电路架构来实施。在某些实施例中，图3所示的斜坡电压Vramp可实施为具有不同于图9所示的斜坡波形的斜坡波形。在某些实施例中，图3所示的斜坡电压Vramp可利用其他形式的振荡电压(oscillating voltage)来实施。
借由用于一二极管导通时间的一时间阈值，本发明所提供的自动调校侦测方案可适应性地且自动地调整一开关的导通时间，进而将该二极管导通时间于几个切换周期内调整至接近或等于该时间阈值。该开关可在一电感电流到达一零电流位准(相当接近零或大致等于零)的时间点关断。本发明所提供的自动调校侦测方案可减少该开关的二极管的导通损耗。此外，本发明所提供的自动调校侦测方案可实施为模拟控制方案。因此，采用自动调校侦测方案所实施的一侦测电路可能不会遇到采用数字控制方案而产生的受限于数字分辨率(digital resolution limitation)及空间有限(space constraint)的问题。相较于数字侦测电路，该侦测电路可采用较小的晶粒面积或硅面积。
本发明所提供的自动调校侦测方案可应用于多种电路拓扑。图10为根据本发明某些实施例的一例示性切换式稳压器的一部分的示意图。图10所示的切换式稳压器1000的电路结构与图1所示的切换式稳压器100的电路结构相似，两者的差别在于图10所示的电感L、开关Q1及开关Q2是以不同的方式耦接以实现一升压型转换器。在此实施例中，电感L可耦接于节点Nin与节点Lx之间。开关Q1可根据驱动讯号DQ1选择性地耦接于节点Lx与节点Nr之间。开关Q2可根据驱动讯号DQ2选择性地耦接于节点Lx与节点Nout之间。
图11为根据本发明某些实施例的图10所示的电压VLx、侦测讯号BD_on及电感电流IL的讯号波形的示意图。在此实施例中，图10所示的侦测器106可由图3所示的侦测器306来实施。图10所示的切换式稳压器1000可操作在一模式以产生图11所示的讯号波形。在该模式中，驱动讯号DQ22可作为驱动讯号DQ2以控制开关Q2。借由将二极管导通时间调整为接近或等于时间阈值，侦测电路104可在适当的或最佳的时间点关断开关Q2，以减少二极管D2的导通损耗。由于所属领域的通常知识者在阅读上述关于图1～图9的段落说明之后，应可了解图10所示的切换式稳压器1000的操作以及图11所示的讯号波形的产生细节，因此，进一步的说明在此便不再赘述。
图12为根据本发明某些实施例的一例示性切换式稳压器的一部分的示意图。图12所示的切换式稳压器1200的电路结构与图1所示的切换式稳压器100的电路结构相似，两者的差别在于图12所示的电感L、开关Q1及开关Q2是以不同的方式耦接以实现一降压－升压型转换器。在此实施例中，电感L可耦接于节点Lx与节点Nr之间。开关Q1可根据驱动讯号DQ1选择性地耦接于节点Nin与节点Lx之间。开关Q2可根据驱动讯号DQ2选择性地耦接于节点Lx与节点Nout之间。
图13为根据本发明某些实施例的图12所示的电压VLx、侦测讯号BD_on及电感电流IL的讯号波形的示意图。在此实施例中，图12所示的侦测器106可由图3所示的侦测器306来实施。图12所示的切换式稳压器1200可操作在一模式以产生图13所示的讯号波形。在该模式中，驱动讯号DQ22可作为驱动讯号DQ2以控制开关Q2。借由将二极管导通时间调整为接近或等于时间阈值，侦测电路104可在适当的或最佳的时间点关断开关Q2，以减少二极管D2的导通损耗。由于所属领域的通常知识者在阅读上述关于图1～图9的段落说明之后，应可了解图12所示的切换式稳压器1200的操作以及图13所示的讯号波形的产生细节，因此，进一步的说明在此便不再赘述。
在某些实施例中，本发明所提供的自动调校侦测方案可应用于具有不同于图10所示的切换式稳压器1000的电路结构的升压型转换器。在某些实施例中，本发明所提供的自动调校侦测方案可应用于具有不同于图12所示的切换式稳压器1200的电路结构的降压－升压型转换器。举例来说，本发明所提供的自动调校侦测方案可应用于返驰式转换器(flyback converter)，其为具有隔离绕组(isolation winding)的降压－升压衍生型转换器(buck-boost derived converter)。
在某些实施例中，本发明所提供的自动调校侦测方案可应用于其他类型的电路(其包含一开关)已侦测流经该开关的电流是否到达一电流阈值。在某些替代设计方案中，本发明所提供的自动调校侦测方案可用来侦测流经该开关所连接的一节点的电流是否到达一电流阈值。这些设计上相关的变化与修改均遵循本发明的精神而落入本发明的范畴。
图14是根据本发明某些实施例的一切换式稳压器的一例示性控制方法的流程图。该切换式稳压器具有耦接于一电感的一开关。控制方法1400可应用于参照图1～图13所描述的切换式稳压器。为了方便说明，以下基于图1所示的切换式稳压器100与图3所示的侦测电路304来说明控制方法1400。值得注意的是，控制方法1400可应用至其他类型的电路以侦测流经(或流过)一开关的电流是否到达一电流阈值，进而控制该开关的操作。此外，在某些实施例中，可在控制方法1400中进行其他操作。在某些实施例中，可利用不同的顺序进行或改变制方法1400的操作。
在操作1402中，将该开关的一体二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以调整一电压。举例来说，比较电路310可将二极管D2的时间Ton与时间阈值Tth作比较，以调整节点Nc的电压Vc。
在操作1404中，将一斜坡电压与调整后的该电压作比较，以产生一控制讯号。举例来说，比较器322可将斜坡电压Vramp与电压Vc作比较，以产生控制讯号ZC_blk。
在操作1406中，当该控制讯号指示出该斜坡电压到达调整后的该电压时，产生指示出流经该电感的一电感电流到达一电流阈值的一侦测讯号。举例来说，控制讯号ZC_blk指示出斜坡电压Vramp到达电压Vc时，输出电路324可产生侦测讯号ZC_auto，其可指示出流经电感L的电感电流IL到达一电流阈值，例如图8所示的电流阈值Cthz。
在操作1408中，根据该侦测讯号关断该开关。举例来说，侦测电路104可根据侦测讯号ZC_auto输出驱动讯号DQ22，以关断开关Q2。
在某些实施例中，在操作1402中，可借由调整累积在一节点的电荷来调整该电压。举例来说，当二极管D2的时间Ton不同于时间阈值Tth时，比较电路310可借由调整累积在节点Nc的电荷，来调整电压Vc。
在某些实施例中，操作1402中所调整的电压的增加，可致使该开关延后其切换时机。该电流阈值可相当接近或大致等于零。举例来说，在图8和图9所示的实施例中，该段时间Tblk可因电压Vc来调整。借由该段时间Tblk，开关Q2可在适当的或最佳的时间点关断。电流阈值Cthz比电流阈值Cthx更接近零，但仍为正值。
由于所属领域的通常知识者在阅读上述关于图1～图13的段落说明之后，应可了解图14所示的控制方法1400的操作细节，因此，进一步的说明在此便不再赘述。
借由用于二极管导通时间的时间阈值，本发明所提供的自动调校侦测方案可适应性地且自动地调整一开关的导通时间，进而将该二极管导通时间在几个切换周期内调整至接近或等于该时间阈值。该开关可在适当的或最佳的时间点关断，故可减少该开关的二极管的导通损耗。此外，本发明所提供的自动调校侦测方案可实施为模拟控制方案。相较于数字控制方案，模拟控制方案使用了较小的晶粒面积或硅面积。
在本发明内容使用空间上相对的词汇，譬如「之下」、「之上」、「上方」、「下方」、「左方」、「右方」及与其相似者，可能是为了方便说明图中所绘示的一组件或特征相对于另一或多个组件或特征之间的关系。这些空间上相对的词汇其本意除了图中所绘示的方位之外，还涵盖了装置在使用或操作中所处的多种不同方位。在将装置放置在其他方位(例如旋转90度或处于其他方位)时，这些空间上相对的描述词汇便可做相应的解释。
在本发明内容使用的词汇「实质上」、「大致」、「大约」及「约」是用以描述及说明少量的变化。当这些词汇结合事件或情形使用时，可涵盖事件或情形精确发生的例示以及事件或情形极近似于发生的例示。举例而言，当词汇「约」与一给定数值或范围来使用时，一般可表示该给定数值或范围的±10％、±5％、±1％或±0.5％。在本发明内容，将数值范围表示成由一端点至另一端点或介于二端点之间。除非另有说明，本发明内容所述的数值范围皆包含端点。词汇「大致共平面」可涵盖位于同一平面上的两个表面彼此之间具有微米(micrometer，μm)级的高度差的情形，例如10微米内、5微米内、1微米内、0.5微米内。当提及多个数值或特性「大致」相同时，可涵盖这些数值彼此之间均位于这些数值的平均值的±10％、±5％、±1％或±0.5％的范围内的情形。
上文的叙述简要地提出了本发明某些实施例的特征，而使得本发明所属技术领域具有通常知识者可更全面地理解本发明的多种态样。本发明所属技术领域具有通常知识者当可明了，其可轻易地利用本发明作为基础，来设计或更动其他制程与结构，以实现与此处所述的实施方式相同的目的和/或达到相同的优点。本发明所属技术领域具有通常知识者应当明白，这些均等的实施方式仍属于本发明的精神与范围，且其可进行各种变更、替代与更动，而不会悖离本发明的精神与范围。

Claims (20)

1.一种用来侦测流经一电感的一电感电流的侦测电路，其特征在于，所述电感耦接于一开关，所述侦测电路包含：
一比较电路，具有一第一节点，所述比较电路用以将所述开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以在所述第一节点产生一第一电压；以及
一讯号产生电路，耦接于所述第一节点，所述讯号产生电路用以根据所述第一电压输出一第一侦测讯号，所述第一侦测讯号指示出流经所述电感的所述电感电流是否到达一第一电流阈值。
2.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，
当所述二极管的所述导通时间等于所述时间阈值时，所述讯号产生电路所输出的第一侦测讯号在所述电感电流到达该第一电流阈值的时间点，从一讯号位准转变为不同于该讯号位准的另一讯号位准。
3.如权利要求2所述的侦测电路，其特征在于，
当所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来延后所述第一侦测讯号从该讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。
4.如权利要求2所述的侦测电路，其特征在于，
当所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来提前所述第一侦测讯号从该讯号位准转变为另一讯号位准的时间点。
5.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其中所述比较电路包含：
一电荷储存装置，耦接于所述第一节点；以及
一处理电路，经由所述第一节点耦接于所述电荷储存装置，所述处理电路用以将所述二极管的所述导通时间与所述时间阈值作比较，以调整所述电荷储存装置所储存的电荷，并据以调整所述第一节点的所述第一电压。
6.如权利要求5所述的侦测电路，其特征在于，其中所述处理电路包含：
一充电电路，耦接于所述第一节点，所述充电电路用以于所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行充电以提高所述第一节点的所述第一电压；以及
一放电电路，耦接于所述第一节点，所述放电电路用以于所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行放电以降低所述第一节点的所述第一电压。
7.如权利要求6所述的侦测电路，其特征在于，其中所述充电电路包含：
一比较器，用以将所述二极管的所述导通时间与所述时间阈值作比较，以产生一比较结果；以及
一电流源，耦接于所述比较器，所述电流源用以于所述比较结果指示出所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，提供一电流给所述电荷储存装置。
8.如权利要求6所述的侦测电路，其特征在于，其中所述放电电路包含：
一比较器，用以将所述二极管的所述导通时间与所述时间阈值作比较，以产生一比较结果；以及
一电流槽，耦接于所述比较器，所述电流槽用以于所述比较结果指示出所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，从所述电荷储存装置汲取一电流。
9.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，其中所述讯号产生电路包含：
一比较器，耦接于所述第一节点，所述比较器用以将一斜坡电压与所述第一电压作比较，以产生一控制讯号；以及
一输出电路，耦接于所述比较器，所述输出电路用以根据所述控制讯号输出第一侦测讯号，其中在所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压之前，所述第一侦测讯号具有一讯号位准；当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压时，所述第一侦测讯号具有不同于该讯号位准的另一讯号位准。
10.如权利要求9所述的侦测电路，其特征在于，
所述输出电路用以根据所述控制讯号选择性地将一第二侦测讯号作为所述第一侦测讯号；所述第二侦测讯号在所述电感电流减少至大于所述第一电流阈值的一第二电流阈值的时间点，从该讯号位准转变为另一讯号位准；当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压时，所述输出电路用以将所述第二侦测讯号作为所述第一侦测讯号。
11.如权利要求10所述的侦测电路，其特征在于，
所述斜坡电压在所述电感电流到达所述第二电流阈值的时间点开始上升。
12.如权利要求1所述的侦测电路，其特征在于，另包含：
一侦测器，耦接于一第二节点与所述比较电路，该第二节点耦接于所述开关与所述电感，所述侦测器用以感测所述第二节点的一第二电压以输出一第二侦测讯号至所述比较电路，所述第二侦测讯号指示出所述二极管的所述导通时间。
13.一种切换式稳压器，其特征在于，包含：
一开关，耦接于一电感，所述开关由一驱动讯号所控制；以及
一侦测电路，耦接于所述开关，用以产生所述驱动讯号，所述侦测电路包含：
一比较电路，具有一第一节点，所述比较电路用以将所述开关的一二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以选择性地调整累积在所述第一节点的电荷；
一讯号产生电路，耦接于所述第一节点，所述讯号产生电路用以根据所述第一节点的一第一电压输出一第一侦测讯号，所述第一侦测讯号指示出流经所述电感的一电感电流是否到达一电流阈值；以及
一驱动电路，耦接于所述开关与所述讯号产生电路，其中当所述第一侦测讯号指示出所述电感电流到达所述电流阈值时，所述驱动电路用以根据所述第一侦测讯号输出所述驱动讯号，以及根据所述驱动讯号关断所述开关。
14.如权利要求13所述的切换式稳压器，其特征在于，
当所述二极管的所述导通时间等于所述时间阈值时，所述讯号产生电路所输出的所述第一侦测讯号在所述电感电流到达所述电流阈值的时间点翻转。
15.如权利要求14所述的切换式稳压器，其特征在于，
当所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，所述比较电路用以调整在所述第一节点所累积的电荷，以及所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来延后翻转所述第一侦测讯号；所述驱动电路用以根据所述第一侦测讯号来延长所述开关的导通时间。
16.如权利要求14所述的切换式稳压器，其特征在于，
当所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，所述比较电路用以调整在所述第一节点所累积的电荷，以及所述讯号产生电路用以根据所述第一电压来提前翻转所述第一侦测讯号；所述驱动电路用以根据所述第一侦测讯号来缩短所述开关的导通时间。
17.如权利要求13所述的切换式稳压器，其特征在于，其中所述比较电路包含：
一电荷储存装置，耦接于所述第一节点；
一充电电路，耦接于所述第一节点，所述充电电路用以于所述二极管的所述导通时间大于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行充电以提高所述第一节点的所述第一电压；以及
一放电电路，耦接于所述第一节点，所述放电电路用以于所述二极管的所述导通时间小于所述时间阈值时，对所述电荷储存装置进行放电以降低所述第一节点的所述第一电压。
18.如权利要求13所述的切换式稳压器，其特征在于，其中所述讯号产生电路包含：
一比较器，耦接于所述第一节点，所述比较器用以将一斜坡电压与所述第一电压作比较，以产生一控制讯号；以及
一输出电路，耦接于所述比较器，所述输出电路用以根据所述控制讯号输出所述第一侦测讯号，其中在所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压之前，所述第一侦测讯号具有一讯号位准；当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达所述第一电压时，所述第一侦测讯号具有不同于该讯号位准的另一讯号位准。
19.如权利要求13所述的切换式稳压器，其特征在于，
所述比较电路用以接收指示出所述二极管的所述导通时间的一第二侦测讯号；所述侦测电路另包含：
一侦测器，耦接于一第二节点与该比较电路，所述第二节点耦接于所述开关与所述电感，所述侦测器用以感测所述第二节点的一第二电压以产生所述第二侦测讯号。
20.一种切换式稳压器的控制方法，其特征在于，所述切换式稳压器具有耦接于一电感的一开关，所述控制方法包含：
将所述开关的一体二极管的一导通时间与一时间阈值作比较，以调整一电压；
将一斜坡电压与调整后的所述电压作比较，以产生一控制讯号；
当所述控制讯号指示出所述斜坡电压到达调整后的所述电压时，产生指示出流经所述电感的一电感电流到达一电流阈值的一侦测讯号；以及
根据所述侦测讯号关断所述开关。
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