TWI796077B - 用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路 - Google Patents

用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法，包括下列步驟：(a)分別取得脈寬調變信號之工作週期之第一寬度與脈頻調變信號之工作週期之第二寬度，其中第一寬度係與誤差電壓有關且第二寬度係與峰值電流有關；以及(b)根據第一寬度與第二寬度之比較結果輸出切換信號以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。

Description

用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路
本發明係與直流-直流轉換器有關，特別是關於一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路。
一般而言，直流-直流轉換器通常會有下列兩種不同的操作模式：
(1)脈寬調變模式(PWM mode)：由於其耗電量(Power consumption)較大且輸出漣波(Ripple)較小，故較適合大電流的應用；
(2)脈頻調變模式(PFM mode)：由於其耗電量(Power consumption)較小且輸出漣波較大，故較適合小電流的應用。
在高效能的Power IC的應用下，輕載時會採用脈頻調變(PFM)模式來實現，當負載增加至重載時則會切換為採用脈寬調變(PWM)模式來實現，藉以同時達到高輸出效率及低輸出漣波的功效。
然而，於實際應用中，當重載轉輕載時，容易使得直流-直流轉換器出現在脈頻調變(PFM)模式與脈寬調變(PWM)模式之間反覆切換的問題，導致直流-直流轉換器無法平順地切換操作模式，因而產生較大的輸出漣波，仍亟待進一步加以解決。
因此，本發明提出一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路，藉以有效解決先前技術所遭遇到之上述問題。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法。於此實施例中，自動模式切換方法包括下列步驟：(a)分別取得脈寬調變信號之工作週期之第一寬度與脈頻調變信號之工作週期之第二寬度，其中第一寬度係與誤差電壓有關且第二寬度係與峰值電流有關；以及(b)根據第一寬度與第二寬度之比較結果輸出切換信號以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
於一實施例中，步驟(b)包括：(b1)若比較結果為第一寬度大於第二寬度，則自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；以及(b2)若比較結果為第一寬度小於第二寬度，則自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於一實施例中，步驟(a)係根據脈寬調變信號之第一上升沿及第一下降沿決定第一寬度且根據脈頻調變信號之第二上升沿及第二下降沿決定第二寬度。
於一實施例中，第一上升沿與第二上升沿均對應於第一時間，且第一下降沿與第二下降沿分別對應於第二時間與第三時間，若第二時間晚於第三時間，則比較結果為第一寬度大於第二寬度，直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；若第二時間早於第三時間，則比較結果為第一寬度小於第二寬度，直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於一實施例中，第二時間係由誤差電壓與斜坡信號之交點所決定且第三時間係由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
於一實施例中，誤差電壓係根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生。
根據本發明之另一較佳具體實施例亦為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法。於此實施例中，自動模式切換方法包括下列步驟：(a)分別取得誤差電壓與脈頻調變信號之臨界電壓值；以及(b)根據誤差電壓與臨界電壓值之比較結果輸出切換信號以自動切換該直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
於一實施例中，步驟(b)包括：(b1)若比較結果為誤差電壓大於臨界電壓值，則自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；以及(b2)若比較結果為誤差電壓小於臨界電壓值，則自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於一實施例中，誤差電壓係根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生。
於一實施例中，當直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式時，切換信號之下降沿係由誤差電壓與斜坡信號之交點所決定；當直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式時，切換信號之下降沿係由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路。於此實施例中，自動模式切換電路包括：第一比較器，用以提供脈寬調變信號之工作週期之第一寬度，其中第一寬度係與誤差電壓有關；第二比較器，用以提供脈頻調變信號之工作週期之第二寬度，其中第二寬度係與峰值電流有關；以及邏輯電路，分別耦接第一比較器及第二比較器，用以根據第一寬度與第二寬度之比較結果輸出切換信號以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
於一實施例中，若比較結果為第一寬度大於第二寬度，則直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；若比較結果為第一寬度小於第二寬度，則直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於一實施例中，第一比較器之兩輸入端分別接收誤差電壓及斜坡信號且第二比較器之兩輸入端分別接收輸出電感電流流經電阻所產生之電壓及參考電壓，誤差電壓係根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生。
於一實施例中，第一寬度係決定於脈寬調變信號之第一上升沿及第一下降沿且第二寬度係決定於脈頻調變信號之第二上升沿及第二下降沿。
於一實施例中，第一上升沿與第二上升沿均對應於第一時間，且第一下降沿與第二下降沿分別對應於第二時間與第三時間，若第二時間晚於第三時間，則比較結果為第一寬度大於第二寬度，直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；若第二時間早於第三時間，則比較結果為第一寬度小於第二寬度，直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於一實施例中，第二時間係由誤差電壓與斜坡信號之交點所決定且第三時間係由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路。於此實施例中，自動模式切換電路包括：誤差放大器，用以提供誤差電壓；脈頻調變參考產生器，用以提供脈頻調變信號之臨界電壓值；以及比較器，分別耦接誤差放大器及脈頻調變參考產生器，用以根據誤差電壓與臨界電壓值之比較結果輸出切換信號以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
於一實施例中，若比較結果為誤差電壓大於臨界電壓值，則直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；若比較結果為誤差電壓小於臨界電壓值，則直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於一實施例中，誤差放大器之兩輸入端分別接收參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓以產生誤差電壓。
於一實施例中，當直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式時，切換信號之下降沿係由誤差電壓與斜坡信號之交點所決定；當直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式時，切換信號之下降沿係由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
相較於先前技術，本發明提出的用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路能夠實現線性且平順地切換脈頻調變(PFM)模式/脈寬調變(PWM)模式，故能有效解決傳統的直流-直流轉換器從重載轉輕載時容易在脈頻調變(PFM)模式與脈寬調變(PWM)模式之間反覆切換的問題，藉以使得輸出漣波變小。
根據本發明之一較佳具體實施例為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法。
請參照圖1，圖1繪示此實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法的流程圖。如圖1所示，此實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法可包括下列步驟：
步驟S10：分別取得脈寬調變信號之工作週期之第一寬度與脈頻調變信號之工作週期之第二寬度，其中第一寬度係與誤差電壓有關且第二寬度係與峰值電流有關；
步驟S12：比較第一寬度與第二寬度；
步驟S14：若步驟S12的比較結果為第一寬度大於第二寬度，則自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；以及
步驟S16：若步驟S12的比較結果為第一寬度小於第二寬度，則自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
需說明的是，步驟S10可根據脈寬調變信號之第一上升沿及第一下降沿決定第一寬度且可根據脈頻調變信號之第二上升沿及第二下降沿決定第二寬度，但不以此為限。
於一實施例中，假設第一上升沿與第二上升沿均對應於第一時間且第一下降沿與第二下降沿分別對應於第二時間與第三時間。若第二時間晚於第三時間，則步驟S12的比較結果為第一寬度大於第二寬度，此時該方法將會執行步驟S14以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式。若第二時間早於第三時間，則步驟S12的比較結果為第一寬度小於第二寬度，此時該方法將會執行步驟S16以自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於實際應用中，第二時間可由誤差電壓與斜坡信號之交點所決定且第三時間可由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定，但不以此為限。此外，誤差電壓可根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生，但亦不以此為限。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路。
請參照圖2，圖2繪示此實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路的示意圖。如圖2所示，用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路2包括誤差放大器20、電流源22、補償網路24、比較器26、比較器28、邏輯電路30及電阻R。誤差放大器20之輸出端耦接至比較器28之正輸入端+。電流源22分別耦接至電阻R及比較器26之正輸入端+。電阻R耦接於電流源22與接地端GND之間。補償網路24耦接至接地端GND。比較器26及比較器28之輸出端均耦接至邏輯電路30。
誤差放大器20的正輸入端+及負輸入端-分別接收參考電壓VREF以及與直流-直流轉換器之輸出電壓有關之回授電壓FB並據以產生誤差電壓Verr至比較器28之正輸入端+。比較器26的正輸入端+及負輸入端-分別接收電流源22提供之輸出電感電流ILX流經電阻R所產生之電壓及參考電壓VREF並據以產生脈頻調變信號PFM_Ipeak至邏輯電路30，其中脈頻調變信號PFM_Ipeak之工作週期之第二寬度係與峰值電流Ipeak有關。比較器28的正輸入端+及負輸入端-分別接收誤差電壓Verr及斜坡信號SAW並據以產生脈寬調變信號PWM_duty至邏輯電路30，其中脈寬調變信號PWM_duty之工作週期之第一寬度係與誤差電壓Verr有關。
邏輯電路30分別耦接比較器26及比較器28之輸出端，用以分別接收脈寬調變信號PWM_duty與脈頻調變信號PFM_Ipeak並根據脈寬調變信號PWM_duty之工作週期之第一寬度與脈頻調變信號PFM_Ipeak之工作週期之第二寬度之比較結果輸出切換信號S1，以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
於實際應用中，若上述比較結果為第一寬度大於第二寬度，則切換信號S1用以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；若上述比較結果為第一寬度小於第二寬度，則切換信號S1用以自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
請參照圖3，圖3分別繪示輸出電感電流ILX、斜坡信號SAW、脈寬調變信號PWM_duty、脈頻調變信號PFM_Ipeak及切換信號S1的時序圖。
如圖3所示，於時間t1，斜坡信號SAW上升至與誤差電壓Verr相等，比較器28輸出的脈寬調變信號PWM_duty由高位準變為低位準，至於輸出電感電流ILX則仍小於峰值電流Ipeak，比較器26輸出的脈頻調變信號PFM_Ipeak仍維持於高位準。於時間t2，斜坡信號SAW持續上升而大於誤差電壓Verr，比較器28輸出的脈寬調變信號PWM_duty維持於低位準，而輸出電感電流ILX上升至與峰值電流Ipeak相等，比較器26輸出的脈頻調變信號PFM_Ipeak由高位準變為低位準。
由於脈寬調變信號PWM_duty之第一上升沿與脈頻調變信號PFM_Ipeak之第二上升沿均對應同一時間，但脈寬調變信號PWM_duty之第一下降沿所對應的時間t1早於脈頻調變信號PFM_Ipeak之第二下降沿所對應的時間t2，亦即脈寬調變信號PWM_duty之工作週期之第一寬度小於脈頻調變信號PFM_Ipeak之工作週期之第二寬度，因此，邏輯電路30會根據此一比較結果輸出與脈頻調變信號PFM_Ipeak同相的切換信號S1來自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。至於時間t3及t4之情形與時間t1及t2之情形相似，直流-直流轉換器仍持續操作於脈頻調變模式。
於時間t5，輸出電感電流ILX上升至與峰值電流Ipeak相等，比較器26輸出的脈頻調變信號PFM_Ipeak由高位準變為低位準，至於斜坡信號SAW仍小於誤差電壓Verr，比較器28輸出的脈寬調變信號PWM_duty維持於高位準。於時間t6，輸出電感電流ILX持續上升而大於峰值電流Ipeak，比較器26輸出的脈頻調變信號PFM_Ipeak仍維持於低位準，至於斜坡信號SAW則上升至與誤差電壓Verr相等，比較器28輸出的脈寬調變信號PWM_duty由高位準變為低位準。
由於脈寬調變信號PWM_duty之第一上升沿與脈頻調變信號PFM_Ipeak之第二上升沿均對應同一時間，但脈寬調變信號PWM_duty之第一下降沿所對應的時間t1晚於脈頻調變信號PFM_Ipeak之第二下降沿所對應的時間t2，亦即脈寬調變信號PWM_duty之工作週期之第一寬度大於脈頻調變信號PFM_Ipeak之工作週期之第二寬度，因此，邏輯電路30會根據此一比較結果輸出與脈寬調變信號PWM_duty同相的切換信號S1來自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式。至於時間t7及t8之情形與時間t5及t6之情形相似，直流-直流轉換器仍持續操作於脈寬調變模式。其餘可依此類推，於此不另行贅述。
需說明的是，圖3中之時間t1、t3、t6、t8係由斜坡信號SAW與誤差電壓Verr之交點所決定且圖3中之時間t2、t4、t5、t7係由輸出電感電流ILX與峰值電流Ipeak之交點所決定，但不以此為限。
如圖4所示，直流-直流轉換器係在不同負載電流下分別操作於脈寬調變模式PWM或脈頻調變模式PFM，當脈頻調變(PFM)模式與脈寬調變(PWM)模式進行切換時，本發明之自動模式切換電路2能夠有效使得直流-直流轉換器之效率變化較為線性且平順，藉以避免產生較大的輸出漣波。
根據本發明之另一較佳具體實施例亦為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法。
請參照圖5，圖5繪示此實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法的流程圖。如圖5所示，此實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法可包括下列步驟：
步驟50：分別取得誤差電壓與脈頻調變信號之臨界電壓值；
步驟52：比較誤差電壓與臨界電壓值；
步驟54：若步驟52之比較結果為誤差電壓大於臨界電壓值，則該方法自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；以及
步驟56：若步驟52之比較結果為誤差電壓小於臨界電壓值，則該方法自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
於實際應用中，誤差電壓可根據參考電壓及與直流-直流轉換器之輸出電壓有關之回授電壓而產生，但不以此為限。當該方法輸出切換信號自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式時，切換信號之下降沿可由誤差電壓與斜坡信號之交點所決定，但不以此為限。當該方法輸出切換信號自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式時，切換信號之下降沿可由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定，但不以此為限。
根據本發明之另一較佳具體實施例為一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路。
請參照圖6，圖6繪示此實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路的示意圖。如圖6所示，用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路6包括誤差放大器60、脈頻調變(PFM)參考產生器62、補償網路64及比較器66。誤差放大器60之輸出端耦接至比較器66之一正輸入端+。脈頻調變(PFM)參考產生器62耦接至比較器66之另一正輸入端+。補償網路64耦接至接地端GND。
誤差放大器60的正輸入端+及負輸入端-分別接收參考電壓VREF以及與直流-直流轉換器之輸出電壓有關之回授電壓FB並據以產生誤差電壓Verr至比較器66之一正輸入端+。脈頻調變(PFM)參考產生器62用以提供脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH至比較器66之另一正輸入端+。比較器66之兩正輸入端+分別接收誤差電壓Verr及脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH且其負輸入端-接收斜坡信號SAW並據以根據誤差電壓Verr與脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH之比較結果輸出切換信號S1，以自動切換該直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
於實際應用中，若上述比較結果為誤差電壓Verr大於脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH，則切換信號S1用以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式；若上述比較結果為誤差電壓Verr小於脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH，則切換信號S1用以自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式。
請參照圖7，圖7分別繪示輸出電感電流ILX、斜坡信號SAW及切換信號S1的時序圖。如圖7所示，於時間t1，輸出電感電流ILX上升至與峰值電流Ipeak相等，而誤差電壓Verr小於脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH，切換信號S1用以自動切換直流-直流轉換器操作於脈頻調變模式，並且切換信號S1之下降沿係由峰值電流Ipeak與輸出電感電流ILX之交點所決定。至於時間t2之情形與時間t1之情形類似，故直流-直流轉換器仍持續操作於脈頻調變模式。
於時間t3，輸出電感電流ILX上升至與峰值電流Ipeak相等，而誤差電壓Verr大於脈頻調變信號之臨界電壓值PFM_TH，切換信號S1用以自動切換直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式，並且切換信號S1之下降沿係由誤差電壓Verr與斜坡信號SAW之交點(亦即時間t4)所決定。至於時間t5、t6之情形與時間t3、t4之情形類似，故直流-直流轉換器仍持續操作於脈寬調變模式。其餘可依此類推，於此不另行贅述。
相較於先前技術，本發明提出的用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法及電路能夠實現線性且平順地切換脈頻調變(PFM)模式/脈寬調變(PWM)模式，故能有效解決傳統的直流-直流轉換器從重載轉輕載時容易在脈頻調變(PFM)模式與脈寬調變(PWM)模式之間反覆切換的問題，藉以使得輸出漣波變小。
S10~S16:步驟 S50~S56:步驟 2:用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路 20:誤差放大器 22:電流源 24:補償網路 26:比較器 28:比較器 30:邏輯電路 R:電阻 +:正輸入端 -:負輸入端 VREF:參考電壓 FB:回授電壓 Verr:誤差電壓 ILX:輸出電感電流 PFM_Ipeak:脈頻調變信號 Ipeak:峰值電流 SAW:斜坡信號 PWM_duty:脈寬調變信號 S1:切換信號 GND:接地端 t1~t8:時間 PFM:脈頻調變模式 PWM:脈寬調變模式 6:用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路 60:誤差放大器 62:脈頻調變(PFM)參考產生器 64:補償網路 66:比較器 PFM_TH:脈頻調變信號之臨界電壓值
圖1繪示本發明之一具體實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法的流程圖。
圖2繪示本發明之另一具體實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路的示意圖。
圖3分別繪示輸出電感電流、斜坡信號、脈寬調變信號、脈頻調變信號及切換信號的時序圖。
圖4繪示當直流-直流轉換器在不同負載電流下操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式之效率圖。
圖5繪示本發明之另一具體實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法的流程圖。
圖6繪示本發明之另一具體實施例中之用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路的示意圖。
圖7分別繪示輸出電感電流、斜坡信號及切換信號的時序圖。
S10~S16:步驟

Claims (18)

  1. 一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法，包括下列步驟：(a)分別取得脈寬調變信號之工作週期之第一寬度與脈頻調變信號之工作週期之第二寬度，其中該第一寬度係與誤差電壓有關且該第二寬度係與峰值電流有關；以及(b)根據該第一寬度與該第二寬度之比較結果輸出切換信號以自動切換該直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
  2. 如請求項1所述的自動模式切換方法，其中步驟(b)包括：(b1)若該比較結果為該第一寬度大於該第二寬度，則自動切換該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式；以及(b2)若該比較結果為該第一寬度小於該第二寬度，則自動切換該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式。
  3. 如請求項1所述的自動模式切換方法，其中步驟(a)係根據該脈寬調變信號之第一上升沿及第一下降沿決定該第一寬度且根據該脈頻調變信號之第二上升沿及第二下降沿決定該第二寬度。
  4. 如請求項3所述的自動模式切換方法，其中該第一上升沿與該第二上升沿均對應於第一時間，且該第一下降沿與該第二下降沿分別對應於第二時間與第三時間，若該第二時間晚於該第三時間，則該比較結果為該第一寬度大於該第二寬度，該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式；若該第二時間早於該第三時間，則該比較結 果為該第一寬度小於該第二寬度，該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式。
  5. 如請求項4所述的自動模式切換方法，其中該第二時間係由該誤差電壓與斜坡信號之交點所決定且該第三時間係由該峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
  6. 如請求項1所述的自動模式切換方法，其中該誤差電壓係根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生。
  7. 一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換方法，包括下列步驟：(a)分別取得誤差電壓與脈頻調變信號之臨界電壓值；以及(b)根據該誤差電壓與該臨界電壓值之比較結果輸出切換信號以自動切換該直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式；其中，當該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式時，該切換信號之下降沿係由該誤差電壓與斜坡信號之交點所決定；當該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式時，該切換信號之下降沿係由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
  8. 如請求項7所述的自動模式切換方法，其中步驟(b)包括：(b1)若該比較結果為該誤差電壓大於該臨界電壓值，則自動切換該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式；以及(b2)若該比較結果為該誤差電壓小於該臨界電壓值，則自動切換該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式。
  9. 如請求項7所述的自動模式切換方法，其中該誤差電壓係 根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生。
  10. 一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路，包括：第一比較器，用以提供脈寬調變信號之工作週期之第一寬度，其中該第一寬度係與誤差電壓有關；第二比較器，用以提供脈頻調變信號之工作週期之第二寬度，其中該第二寬度係與峰值電流有關；以及邏輯電路，分別耦接該第一比較器及該第二比較器，用以根據該第一寬度與該第二寬度之比較結果輸出切換信號以自動切換該直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式。
  11. 如請求項10所述的自動模式切換電路，其中若該比較結果為該第一寬度大於該第二寬度，則該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式；若該比較結果為該第一寬度小於該第二寬度，則該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式。
  12. 如請求項10所述的自動模式切換電路，其中該第一比較器之兩輸入端分別接收該誤差電壓及斜坡信號且該第二比較器之兩輸入端分別接收輸出電感電流流經電阻所產生之電壓及參考電壓，該誤差電壓係根據參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓而產生。
  13. 如請求項10所述的自動模式切換電路，其中該第一寬度係決定於該脈寬調變信號之第一上升沿及第一下降沿且該第二寬度係決定於該脈頻調變信號之第二上升沿及第二下降沿。
  14. 如請求項13所述的自動模式切換電路，其中該第一上升沿與該第二上升沿均對應於第一時間，且該第一下降沿與該第二下降沿分別對應於第二時間與第三時間，若該第二時間晚於該第三時間，則該比較結果為該第一寬度大於該第二寬度，該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式；若該第二時間早於該第三時間，則該比較結果為該第一寬度小於該第二寬度，該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式。
  15. 如請求項14所述的自動模式切換電路，其中該第二時間係由該誤差電壓與斜坡信號之交點所決定且該第三時間係由該峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
  16. 一種用於直流-直流轉換器之自動模式切換電路，包括：誤差放大器，用以提供誤差電壓；脈頻調變參考產生器，用以提供脈頻調變信號之臨界電壓值；以及比較器，分別耦接該誤差放大器及該脈頻調變參考產生器，用以根據該誤差電壓與該臨界電壓值之比較結果輸出切換信號以自動切換該直流-直流轉換器操作於脈寬調變模式或脈頻調變模式；其中，當該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式時，該切換信號之下降沿係由該誤差電壓與斜坡信號之交點所決定；當該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式時，該切換信號之下降沿係由峰值電流與輸出電感電流之交點所決定。
  17. 如請求項16所述的自動模式切換電路，其中若該比較結果為該誤差電壓大於該臨界電壓值，則該直流-直流轉換器操作於該脈寬調變模式；若該比較結果為該誤差電壓小於該臨界電壓值，則該直流-直流轉換器操作於該脈頻調變模式。
  18. 如請求項16所述的自動模式切換電路，其中該誤差放大器之兩輸入端分別接收參考電壓及與輸出電壓有關之回授電壓以產生該誤差電壓。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117318499B (zh) * 2023-11-29 2024-03-12 武汉麦格米特电气有限公司 一种电压调节方法、调节电路、电源电路及电子设备

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101540542A (zh) * 2009-03-18 2009-09-23 浙江大学 一种单电感开关直流电压变换器及四模式控制方法
CN101610033A (zh) * 2008-06-20 2009-12-23 三美电机株式会社 Dc-dc变换器
TW201131955A (en) * 2009-06-23 2011-09-16 Intersil Inc System and method for PFM/PWM mode transition within a multi-phase buck converter
CN103404012A (zh) * 2011-02-28 2013-11-20 德克萨斯仪器股份有限公司 降压转换器中pwm和pfm操作之间的切换控制
US9287776B2 (en) * 2013-07-30 2016-03-15 Texas Instruments Incorporated Low power switching mode regulator having automatic PFM and PWM operation
JP6148537B2 (ja) * 2013-05-29 2017-06-14 旭化成エレクトロニクス株式会社 スイッチング電源回路
CN206432895U (zh) * 2016-12-05 2017-08-22 深圳信息职业技术学院 一种pwm/pfm双模式自动切换的降压型dc‑dc转换器
US9774252B2 (en) * 2014-06-30 2017-09-26 Skyworks Solutions, Inc. Mode control device, voltage converter, and mode control method
CN109818498A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 英飞凌科技股份有限公司 使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101610033A (zh) * 2008-06-20 2009-12-23 三美电机株式会社 Dc-dc变换器
CN101540542A (zh) * 2009-03-18 2009-09-23 浙江大学 一种单电感开关直流电压变换器及四模式控制方法
TW201131955A (en) * 2009-06-23 2011-09-16 Intersil Inc System and method for PFM/PWM mode transition within a multi-phase buck converter
CN103404012A (zh) * 2011-02-28 2013-11-20 德克萨斯仪器股份有限公司 降压转换器中pwm和pfm操作之间的切换控制
JP6148537B2 (ja) * 2013-05-29 2017-06-14 旭化成エレクトロニクス株式会社 スイッチング電源回路
US9287776B2 (en) * 2013-07-30 2016-03-15 Texas Instruments Incorporated Low power switching mode regulator having automatic PFM and PWM operation
US9774252B2 (en) * 2014-06-30 2017-09-26 Skyworks Solutions, Inc. Mode control device, voltage converter, and mode control method
CN206432895U (zh) * 2016-12-05 2017-08-22 深圳信息职业技术学院 一种pwm/pfm双模式自动切换的降压型dc‑dc转换器
CN109818498A (zh) * 2017-11-20 2019-05-28 英飞凌科技股份有限公司 使用脉冲宽度调制和电流模式控制的开关转换器

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