TWM557846U - 具有動態頻率折返之切換模式電源供應器 - Google Patents

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阿賈伊 卡西克 哈里
布萊恩 維恩 麥考伊
湯瑪士 席康納
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美商半導體組件工業公司
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Abstract

在一種形式中，一種具有頻率折返之切換模式電源供應器控制器包含：一脈衝寬度調變器，其回應於一時脈信號而產生一驅動信號，該驅動信號具有回應於一回饋信號而變化之一脈衝寬度；及一可變頻率振盪器，其分別具有：一第一輸入，其用於接收該回饋信號；一控制輸入，其用於接收定義一折返開始頻率、一折返結束頻率、一折返開始電壓及一折返結束電壓之一可程式化控制信號；及一輸出，其用於提供具有一可變頻率之該時脈信號，當該回饋信號在該折返開始電壓與該折返結束電壓之間變化時，該可變頻率在該折返開始頻率與該折返結束頻率之間的一範圍內變化。在另一形式中，一切換模式功率轉換器將此一切換模式電源供應器控制器與一電感性元件、開關及回饋電路一起使用。

Description

具有動態頻率折返之切換模式電源供應器
本創作一般而言係關於功率轉換器，且更特定而言係關於在廣泛變化之負載條件下操作之切換模式電源供應器。
切換模式電源供應器可用於藉由切換穿過一能量儲存元件之電流而由一交流電(AC)電壓產生一直流電(DC)電壓，例如，一變壓器。切換之工作循環經控制以將輸出電壓調節至一所要位準。切換模式電源供應器通常係在較重負載下高效而在較輕負載下低效。兩種常見類型之經隔離切換模式電源供應器係正向模式及返馳模式轉換器。 返馳轉換器常見於AC電壓轉DC電壓應用中。一返馳轉換器係基於交替地增進磁芯中之通量並將能量轉移至輸出之一返馳變壓器。當電流經切換穿過初級繞組時，變壓器中之初級電流增大，從而將能量儲存於變壓器內。當斷開開關時，變壓器中之初級電流降低，從而在次級繞組上感應出一電壓。次級繞組將電流供應至負載中。一控制器使與初級繞組串聯之一初級開關之接通時間及關斷時間變化，從而將輸出電壓調節至一所要位準。 返馳轉換器可經組態以使用稱為主動箝位返馳(ACF)之一拓撲來切換與初級繞組並聯之額外電抗元件。ACF轉換器可藉由達成初級開關之接近零伏切換(ZVS)及在無任何振鈴之情況下產生清潔汲極波形而減小組件上之電應力且改良效率。ACF轉換器亦允許次級電流之軟增大。然而，雖然ACF轉換器在中等及重負載下具有高效率，但ACF轉換器之效率在較輕負載下降低，此歸因於來自因額外電抗元件而在變壓器之初級側上持續地循環之磁化電流之持續傳導損失。此外，ACF轉換器不適於改良輕負載下之效率之其他技術，諸如周波跳躍及頻率折返。 在返馳轉換器中，在某些應用中，將操作頻率增大至1兆赫(MHz)及超過1 MHz可係有利的。當操作頻率增大時，初級磁化電感及輸出電容可減小。然而，(一方面)大小減小及增大之頻率與(另一方面)低備用電力之間存在一折衷。在輕負載或無負載下操作時，若切換損失減小，則轉換器消耗較少備用電力。近期，某些管製機構已設定嚴格之效率標準且鼓勵開發能夠達成高頻率及低頻率操作兩者以在輕負載及無負載下以低頻率操作之電源供應器控制器。因此，自無負載至全負載之頻率改變可基於所選擇之操作頻率而廣泛地變化。另外，在不同應用中，使用者可能想要在各種負載條件下開始或停止頻率折返。然而，已知轉換器專用於某些操作狀況且無法同時滿足此等要求。
圖1以部分方塊圖及部分示意圖形式圖解說明根據本創作之一實施例之具有動態頻率折返之一切換模式功率轉換器100。切換模式功率轉換器100係在正常負載下使用滯後ACF切換、在輕負載下使用頻率折返及在極輕負載或無負載條件下使用跳躍模式來改良其效率之一主動箝位返馳(ACF)轉換器。 切換模式功率轉換器100大體包含一前端電路110、一返馳變壓器120、一輸出電路130、一輸出電容器140、一切換級150及主動箝位級160、一回饋與程式化電路170、一輔助供應器電路180以及一切換模式電源供應器控制器190。 前端電路110包含一電磁干擾(EMI)濾波器111、一個二極體橋式整流器112、一輸入電容器117以及二極體118及119。EMI濾波器111具有用於連接至一交流(AC)幹線之標示為「L」及「N」之輸入以及第一及第二輸出。二極體橋式整流器112包含二極體113、114、115及116。二極體113具有：一陽極，其連接至EMI濾波器111之第一輸出；及一陰極。二極體114具有：一陽極，其連接至一初級接地；及一陰極，其連接至EMI濾波器111之第一輸出。二極體115具有：一陽極，其連接至EMI濾波器111之第二輸出；及一陰極，其連接至二極體113之陰極。二極體116具有：一陽極，其連接至初級接地；及一陰極，其連接至EMI濾波器111之第二輸出。輸入電容器117具有：一第一端子，其連接至二極體113及115之陰極；及一第二端子，其連接至初級接地。二極體118具有：一陽極，其連接至EMI濾波器111之第一輸出；及一陰極。二極體119具有：一陽極，其連接至EMI濾波器111之第二輸出；及一陰極，其連接至二極體118之陰極。 返馳變壓器120係具有一初級繞組121、一次級繞組122及一輔助繞組123之一磁芯變壓器。初級繞組121具有連接至二極體113及115之陰極之一第一端，及一第二端。次級繞組122及輔助繞組123各自具有第一端及第二端。 輸出電路130包含一個二極體131及一回饋電路132。二極體131具有：一陽極，其連接至次級繞組122之第一端；及一陰極，其用於將標示為「V OUT」之一輸出電壓提供至一負載(圖1中未展示)。回饋電路132包含一電阻器133、一光電二極體134、一電阻器135、一齊納(Zener)二極體136、一電容器137以及電阻器138及139。電阻器133具有：一第一端子，其連接至二極體131之陽極；及一第二端子。光電二極體134具有：一陽極，其連接至電阻器133之第二端子；及一陰極。電阻器135具有：一第一端子，其連接至電阻器133之第二端子；及一第二端子，其連接至光電二極體134之陰極。齊納二極體136具有：一陰極，其連接至光電二極體134之陰極且連接至電阻器135之第二端子；及一陽極，其連接至一次級接地。電容器137具有：一第一端子，其連接至光電二極體134之陰極、連接至齊納二極體136之陰極並連接至電阻器135之第二端子；及一第二端子。電阻器138具有：一第一端子，其連接至二極體131之陰極且連接至電阻器133之第一端子；及一第二端子，其連接至電容器137之第二端子。電阻器139具有：一第一端子，其連接至電容器137之第二端子且連接至電阻器138之第二端子；及一第二端子，其連接至次級接地。 輸出電容器140具有：一第一端子，其連接至二極體131之陰極、電阻器133之第一端子及電阻器138之第一端子；及一第二端子，其連接至次級接地。 切換級150包含一電晶體151、電阻器152及153以及一電容器154。電晶體151係具有連接至初級繞組121之第二端之一汲極、一閘極及一源極之一N通道金屬氧化物半導體(MOS)電晶體。電阻器152具有：一第一端子，其連接至電晶體151之源極；及一第二端子，其連接至初級接地。電阻器153具有：一第一端子，其連接至電晶體151之源極且連接至電阻器152之第一端子；及一第二端子。電容器154具有：一第一端子，其連接至電阻器153之第二端子；及一第二端子，其連接至初級接地。 主動箝位級160包含一電容器161、一電阻器162及一電晶體163。電容器161具有：一第一端子，其連接至二極體113及115之陰極且連接至輸入電容器117之第一端子；及一第二端子。電阻器162具有：一第一端子，其連接至二極體113及115之陰極且連接至輸入電容器117之第一端子；及一第二端子，其連接至電容器161之第二端子。電晶體163係一N通道MOS電晶體，該N通道MOS電晶體具有：一汲極，其連接至電容器161及電阻器162之第二端子；一閘極；及一源極，其連接至初級繞組121之第二端且連接至電晶體151之汲極。 回饋與程式化電路170包含一光電電晶體171以及電阻器172、173及174。光電電晶體171具有：一收集器；一基極，其光學耦合至光電二極體134；及一射極，其連接至初級接地。電阻器172具有：一第一端子，其連接至光電電晶體171之收集器；及一第二端子，其連接至初級接地。電阻器173具有一第一端子及連接至初級接地之一第二端子。電阻器174具有一第一端子及連接至初級接地之一第二端子。 輔助供應器電路180包含一個二極體181、一電容器182、一個二極體183及一電容器184。二極體181具有：一陽極，其連接至輔助繞組123之第一端；及一陰極。電容器182具有：一第一端子，其連接至二極體181之陰極；及一第二端子，其連接至初級接地。二極體183具有：一陽極，其連接至二極體181之陰極且連接至電容器182之第一端子；及一陰極。電容器184具有：一第一端子，其連接至二極體183之陰極；及一第二端子，其連接至初級接地。 切換模式電源供應器控制器190係控制切換模式功率轉換器100之操作之一積體電路。切換模式電源供應器控制器190具有標示為「HV」、「FB」、「GND」、「VCC」、「RT」、「ATH」、「CS」、「LDRV」、「VSW」及「HDRV」之一組端子。HV端子連接至二極體118及119之陰極。FB端子連接至光電電晶體171之收集器且連接至電阻器172之第一端子。GND端子連接至初級接地。VCC端子連接至二極體183之陰極且連接至電容器184之第一端子。RT端子連接至電阻器173之第一端子。ATH端子連接至電阻器174之第一端子。CS端子連接至電阻器153之第二端子且連接至電容器154之第一端子。LDRV端子連接至電晶體151之閘極。VSW端子連接至初級繞組121之第二端、電晶體151之汲極及電晶體163之源極。HDRV信號連接至電晶體164之閘極。 前端電路110具有用於耦合至一AC幹線之L及N輸入。二極體橋式整流器112將正弦AC幹線信號轉換為一半波整流(半正矢)信號，且輸入電容器117將此信號平滑化以形成提供給返馳變壓器120之初級繞組121之第一端之一平滑半正矢信號。 輸出電路130對次級繞組122之第一端處之信號進行整流。回饋電路132提供與V OUT和齊納二極體136之擊穿電壓之間的一差成比例之一經隔離光學回饋信號，同時對V OUT中之高頻率波動進行濾波。光電二極體134及光電電晶體171分別在返馳變壓器120之次級側與返馳變壓器120之初級側之間被隔離及在邏輯上分離，但一起實施為一光耦合器。輸出電容器140在負載暫態期間提供V OUT之平滑化。 在切換級150中，電晶體151經製成為導電的以致使電流流動穿過返馳變壓器120之初級繞組121。電阻器152係一電流感測電阻器，該電流感測電阻器之第一端子提供指示流動穿過初級繞組121之電流之量之一電壓。電流感測信號允許PWM控制以及逐循環電流限制。電阻器153及電容器154操作以濾除電流感測信號之高頻率內容。 主動箝位級160形成一主動箝位且電晶體163在電晶體151之關斷時間之部分期間導電以允許零電壓切換(ZVS)。切換模式電源供應器控制器190使用VSW輸入來判定何時撤銷啟動主動箝位。 回饋與程式化電路170提供用以調節V OUT且亦用以程式化折返功能之一機制。光電電晶體171傳導與V OUT成比例之一電流以形成一回饋信號。切換模式電源供應器控制器190使用由電阻器173及174傳導之電流來判定折返結束頻率及折返結束電壓。 輔助供應器電路180提供給切換模式電源供應器控制器190之內部電路供電之標示為「VCC」之一電源供應器電壓。切換模式電源供應器控制器190係具有未詳細揭示的在一ACF控制器之實施方案中有用之各種功能的一積體電路控制器。 切換模式功率轉換器100係切換穿過返馳變壓器120之初級側之電流以產生輸出電壓V OUT之一ACF轉換器。ACF轉換器可藉由達成初級開關之接近零伏切換(ZVS)及在無任何振鈴之情況下產生清潔汲極波形而減小組件上之電應力且改良效率。ACF轉換器亦允許次級電流之軟增大。 對於中等及重負載，切換模式功率轉換器100以ACF模式操作。切換模式功率轉換器100不僅包含電晶體151，且亦包含與返馳變壓器120之初級繞組121並聯之一電抗元件-電容器161，該返馳變壓器在電晶體163導電時共振。切換模式電源供應器控制器190使電晶體163在電晶體151之關斷時間之部分期間導電且使電晶體163之工作循環變化。以此方式，切換模式功率轉換器100使用以寄生效應儲存之能量來達成一零電壓切換(ZVS)而非耗散一減振器電路中之能量。切換模式功率轉換器100亦減小由於切換暫態而發生之尖峰，從而導致較低電磁干擾(EMI)。 對於輕負載，切換模式功率轉換器100操作為具有頻率折返之一斷續導電模式(DCM)返馳轉換器。在DCM折返模式中，電晶體163保持為非導電的，使得切換模式功率轉換器100操作為一習用返馳轉換器。然而，切換模式功率轉換器100亦折返其操作頻率以改良負載減輕時之轉換器效率且滿足由各種全球管製機關強加之對備用及系統效率之嚴格要求。 對於極輕負載，切換模式功率轉換器100以一跳躍模式操作，在跳躍模式中，切換模式功率轉換器100在一段時間內使電晶體151保持為非導電的，直至VOUT下降至足以重新開始切換為止。用於切換PWM轉換器之振盪器之頻率保持處於一恆定低頻率，該低頻率經選擇高於人類可聽頻率範圍，舉例而言25千赫(kHz)。 為提供呈積體電路形式之切換模式電源供應器控制器190，提供足以滿足變化之設計要求之靈活性係合意的。切換模式電源供應器控制器190藉由提供動態頻率折返而提供此靈活性。動態頻率折返提供就折返開始頻率及折返停止頻率中之一或多者以及對應於此等頻率之回饋信號電壓而言可程式化之一折返範圍。 圖2圖解說明由圖1之切換模式功率轉換器100實施之動態頻率折返之一曲線圖200。在曲線圖200中，水平軸線表示以伏特為單位之標示為「V FB」之回饋接腳電壓，且垂直軸線表示以千赫(kHz)為單位之振盪器頻率。曲線圖200包含展示振盪器頻率對V FB之一波形210。沿著水平軸線存在兩個特徵點，包含一折返開始電壓及一折返結束電壓，並且沿垂直軸線存在對應點：一折返開始頻率及一折返結束頻率。 沿著水平軸線亦展示三種操作模式：對於V FB之值小於折返開始電壓之一跳躍模式；對於V FB之值介於折返開始電壓與折返結束電壓之間的一DCM折返模式；及對於V FB之值大於折返結束電壓之一固定頻率或ACF模式。如本說明中所使用，折返「開始」及「結束」電壓表示沿著水平軸線自左向右移動之電壓，而折返「開始」及「結束」頻率表示沿著垂直軸線自下而上移動之頻率。在一實際實施例中，負載可基於負載之狀態在不同時間處減輕，從而致使沿著水平軸線之一向左移動，或增大，從而致使沿著水平軸線之一向右移動。 在輕負載條件中，切換模式功率轉換器100無法使用習用PWM技術使V OUT調節至所要位準。VOUT上之高電壓會增大光電電晶體171之導電性且將V FB減小至介於折返開始電壓與折返結束電壓之間的一位準，如波形210之部分214中所展示。振盪器以與V FB成比例之一頻率操作，亦即，部分214具有一恆定斜率。當V FB在折返開始電壓與折返結束電壓之間變化時，f OSC在折返開始頻率與折返開始頻率之間成比例地變化。在輕負載條件中，低於折返結束頻率之切換頻率之減小可足以達成一穩定操作點。操作頻率之減小會減小電力消耗且有助於滿足政府管製部門所設定之效率標準。 在極輕負載條件中，切換模式功率轉換器100無法使V OUT調節至所要位準且V FB下降至低於折返開始電壓，舉例而言低於0.4伏特。如波形210之一虛線部分212中所展示，在f OSC維持處於折返開始頻率之情況下，振盪器以跳躍模式操作。折返開始頻率經選擇為稍高於人類可聽頻率範圍(舉例而言25 kHz)之一量以避免產生可聽雜訊。 在中等或重負載條件中，V FB高於折返結束電壓，且切換模式功率轉換器100能夠將VOUT調節至所要位準。中等或重負載中之操作模式取決於轉換器之類型。若切換模式功率轉換器100係一傳統返馳轉換器，則切換模式功率轉換器100在折返結束頻率下以一固定頻率模式操作。然而，若切換模式功率轉換器100係一ACF轉換器，則切換模式功率轉換器100以ACF模式操作，在ACF模式中，切換速度並不固定，而係取決於變壓器之初級繞組之磁化狀況而切換。在此情形中，電晶體151之接通時間將隨提供至負載之輸出電流之量而變化。 採用一具體實例，折返開始電壓及折返開始電壓可分別係0.4伏特及1.2伏特，且折返開始頻率及折返結束頻率可分別係25 kHz及150 kHz。然而，根據本文中所揭示之實施例，一單個積體電路電源供應器控制器具有可針對不同應用使此等參數變化之可程式化輸入。因此，一單個積體電路設計可經調適以用於不同應用，從而避免需要設計具有固定折返特性之多個積體電路。現在將闡釋某些其他實例。 圖3圖解說明展示由圖1之切換模式功率轉換器100之動態頻率折返支援之不同操作點之一實例之一表格300。表格300具有各自表示一不同實例之五行四列。五行表示折返開始電壓、折返結束電壓、折返開始頻率、折返結束頻率及折返頻率變化率。對於四個實例中之每一者，折返開始電壓在內部設定為0.4伏特。在具有一固定開始電壓之情況下，一使用者可基於回饋電路之設計而更改對應VOUT電壓。亦對於四個實例中之每一者，折返開始頻率在內部設定為25 kHz，即較低但亦安全地高於人類可聽範圍之一頻率。 第一實例對應於一高初級磁化電感及負載電容以及一低折返範圍。使用者將回饋結束電壓設定為0.7伏特且將折返結束頻率設定為50 kHz。此等參數在一低結束頻率下提供折返曲線之一小斜率及83 kHz/伏特之一折返頻率變化率。第二實例對應於一低初級磁化電感及負載電容以及一低折返範圍。使用者將回饋結束電壓設定為0.7伏特且將折返結束頻率設定為50 kHz。此等參數在一高結束頻率下為折返曲線提供750 kHz/伏特之一極大斜率。第三實例對應於一高初級磁化電感及負載電容以及一高折返範圍。使用者將回饋結束電壓設定為2.5伏特且將折返結束頻率設定為50 kHz。此等參數在一低結束頻率下為折返曲線提供12 kHz/伏特之一極小斜率。第四實例對應於一低初級磁化電感及負載電容以及一高折返範圍。使用者將回饋結束電壓設定為2.5伏特，同時將折返結束頻率設定為250 kHz。此等參數在一高結束頻率下為折返曲線提供107 kHz/伏特之一適當大斜率。 圖4圖解說明由圖1之切換模式功率轉換器100使用之一電壓控制振盪器(VCO) 400之一概念性方塊圖。VCO 400具有：一輸入，其用於接收回饋信號FB；一輸出，其用於提供標示為「CLK」之一時脈信號，該時脈信號具有隨FB信號之電壓而變化之一頻率；及四個控制輸入，其用於接收對應於圖2之曲線圖200中所展示之值之標示為「折返開始電壓」、「折返結束電壓」、「折返開始頻率」及「折返結束頻率」之信號。在某些實施例中，諸如圖3中所展示之實例，回饋開始電壓及回饋開始頻率在內部設定為一切換模式電源供應器控制器晶片中之有意義值，而折返結束電壓及折返結束頻率可以下文將進一步闡述之一方式完全由使用者程式化。由於將折返開始頻率設定為高於人類可聽範圍(舉例而言，25 kHz)以避免可聽雜訊係重要的，因此此約束在藉由節省晶片上之一程式化接腳而減小成本之同時亦允許顯著使用者靈活性。同樣地，在內部將折返開始電壓設定為一習用電壓亦允許使用者根據回饋電路之設計調適VOUT之不同所要值，且因此在藉由節省晶片上之一程式化接腳而減小成本之同時允許全面可程式化性之大部分靈活性。在其他實施例，此等輸入之任何組合可係使用者可程式化的或在內部設定的。 圖5以部分方塊圖及部分示意圖形式圖解說明可用作圖1之切換模式電源供應器控制器190之一切換模式電源供應器控制器500。切換模式電源供應器控制器500大體包含一組外部端子510、一脈衝寬度調變器(PWM)電路520、一可變頻率振盪器530、一驅動器電路540、一電流源550及一調節器560。外部端子510包含一FB端子511、一CS端子512、一RT端子513、一ATH端子514、一HDRV端子515、一LDRV端子516、一VCC端子517及一HV端子518。 PWM電路520包含一比較器521、一除法器522、一上升邊緣消隱(LEB)電路523、一比較器524、一「或」閘525及一PWM鎖存器526。比較器521具有：一反相輸入，其連接至FB端子511；一非反相輸入，其用於接收標示為「V SKIP」之一跳躍電壓；及一輸出，其用於提供標示為「SKIP」之一信號。除法器522具有：一輸入端子，其連接至FB端子511；及一輸出端子。LEB電路523具有：一輸入，其連接至CS端子512；及一輸出。比較器524具有：一非反相輸入，其連接至除法器522之輸出；一反相輸入，其連接至LEB電路523之輸出；及一輸出。「或」閘525具有：一第一輸入，其連接至比較器521之輸出；一第二輸入，其連接至比較器524之輸出；及一輸出。PWM鎖存器526係一SR型鎖存器，且具有：一R輸入，其連接至「或」閘525之輸出；一S輸入，其用於接收CLK信號；及一Q輸出。 可變頻率振盪器530具有：一第一輸入，其連接至除法器522之輸出；一第二輸入，其連接至RT端子513；一第三輸入，其連接至ATH端子514；及一輸出，其用於提供CLK信號。 驅動器電路540包含一驅動器541、一「或」閘542、一SR鎖存器543及一驅動器544。驅動器541具有：一輸入，其連接至PWM鎖存器526之Q輸出；及一輸出，其連接至LDRV端子516。「或」閘542具有：一第一輸入，其連接至PWM鎖存器526之Q輸出；一第二輸入，其用於接收標示為「折返模式」之一信號；及一輸出。SR鎖存器543具有：一S輸入，其用於接收一ACF控制器(圖5中未展示)之一輸出；一R輸入，其連接至「或」閘542之輸出；及一Q輸出。驅動器544具有：一輸入，其連接至SR鎖存器543之Q輸出；及一輸出，其連接至HDRV端子515。 電流源550具有：一輸入端子，其連接至HV端子518；一輸出端子，其連接至VCC端子517；及一控制端子。調節器560具有：一輸入，其連接至電流源550之輸出；一輸出，其用於提供標示為「V CCINT」之一信號；及一控制輸出，其連接至電流源550之控制輸入。 切換模式電源供應器控制器500係作為一ACF控制器操作之一積體電路且適合用於作為圖1之切換模式電源供應器控制器190使用。在其他實施例中，切換模式電源供應器控制器500可經修改以在具有動態頻率折返之情況下作為一固定頻率返馳控制器操作，如本文中所闡述。 在系統起動時，在輔助繞組123能夠供應足以給切換模式電源供應器控制器500內部之電路供電之電流之前，HV端子518用於使V CCINT上之電壓迅速斜升。調節器560使電流源550操作，且HV接腳給充電電容器184提供起動電流。調節器560亦基於VCC端子517上之電壓而將V CCINT提供至切換模式電源供應器控制器500之內部電路。 在針對中等及重負載起動之後，切換模式電源供應器控制器500以ACF模式操作且使用初級繞組121中之磁化電流來達成ZVS。ACF控制器以此項技術中眾所周知之一方式啟動LDRV及HDRV信號且此處將不再進一步闡述。 對於輕負載，切換模式電源供應器控制器500以使用動態頻率折返之DCM折返模式操作，如本文中所闡述。可變頻率振盪器530接收來自除法器522之FB信號輸出之一經按比例縮放版本且使用該FB信號輸出來產生時脈信號。折返開始頻率在可變頻率振盪器530中在內部設定為25 kHz，且折返結束電壓在內部設定為0.4伏特。然而，使用者可分別使用ATH及RT端子來設定折返結束電壓及折返結束頻率。PWM電路520比較V FB之被除後之值與電流感測信號以使電晶體151之接通時間變化，同時電晶體163保持為非導電的。 對於極輕負載，諸如當負載轉變為一備用狀態或被完全關斷時，切換模式電源供應器控制器500以跳躍模式操作。比較器521判定V FB是否小於V SKIP，該V SKIP對應於折返開始電壓。在此情形中，切換模式電源供應器控制器500使用V SKIP之值(亦即，0.4伏特)來進入跳躍模式及撤銷啟動PWM電路520。當V FB小於V SKIP時，比較器521提供呈一高狀態之SKIP信號，該SKIP信號傳播穿過「或」閘525以使PWM鎖存器526複位且防止電晶體151起作用。 當V FB隨後升高至高於0.4伏特時，諸如當負載自一備用狀態轉變為一作用狀態時，在可變頻率振盪器530提供與V FB成比例之一CLK信號之情況下，切換模式電源供應器控制器500返回至DCM折返模式且保持處於DCM折返模式直至V FB升高至高於折返結束電壓為止。注意，切換模式電源供應器控制器500可使用可變頻率振盪器530實施為針對中等及重負載以折返結束頻率操作之一固定頻率返馳控制器。在此情形中，ACF控制器、HDRV端子515、「或」閘542、SR鎖存器543、驅動器544可全部省略。 圖6以部分方塊圖及部分示意圖形式圖解說明可用於實施圖5之可變頻率振盪器530之一可變頻率振盪器600。總之而言，可變頻率振盪器600係將其輸入電壓V FB/4轉換為具有與電壓V FB/4成比例之一頻率之一時脈信號但在當前域中在內部操作之一電壓控制振盪器。 可變頻率振盪器600包含一可變電流源610、一固定電流源620、可變電流源630及640、一放大器650、一電壓源660以及一電流控制振盪器670。可變電流源610提供與V FB成比例之一可變電流，且更精確而言，與V FB/4成比例之一電流。當切換模式電源供應器控制器500在極輕負載下保持處於跳躍模式中時，固定電流源620提供致使可變頻率振盪器600提供處於25 kHz之CLK信號之一跳躍電流。因此，跳躍電流與折返開始頻率成比例且指示折返開始頻率。此等電流被加總在一起以形成輸入至放大器650之一合成電流。可變電流源630提供與連接至ATH端子514之電阻器174之值成比例之標示為「I ATH」之一電流。可變電流源740提供與連接至RT端子513之電阻器173之值成比例之標示為「I END」之一電流。此等電流被加總在一起以形成設定放大器650之增益之一合成電流。 放大器650係一可變增益電流放大器。輸入電流等於FB/4電流與跳躍電流之總和，且使該總和乘以由電流I ATH與I END之總和判定之增益以將一輸出電流提供至電流控制振盪器670。電流控制振盪器670提供處於與其輸入電流成比例之一頻率之CLK信號。 在內部，可變頻率振盪器600在當前域中進行操作以允許電路操縱之方便性。因此，舉例而言，此允許電流之容易加總。此有時亦允許添加與切換模式電源供應器振盪器相關聯之額外特徵，諸如線電壓按比例縮放、斜升/斜降按比例縮放及用於擴展雜訊頻譜之抖動頻率偏移。此等特徵係眾所周知之且將不再進一步闡述。 因此，已闡述一切換模式功率轉換器、一切換模式電源供應器控制器及使用動態頻率折返之一對應方法之各種實施例。動態頻率折返提供折返開始及結束頻率以及對應開始及結束電壓之可程式化值。此等值可藉由電路設計在一切換模式電源供應器控制器晶片內部進行程式化、透過可程式化組件在外部程式化至晶片或利用兩者之某一組合而程式化。舉例而言，折返開始頻率及電壓可藉由電路設計而設定，而折返結束頻率及電壓由使用者設定。 上文所揭示標之物應被視為說明性而非限制性的，且隨附申請專利範圍意欲涵蓋所有此類修改、改良及歸屬於申請專利範圍之真正範疇內之其他實施例。舉例而言，一切換模式電源供應器控制器晶片支援之開始及結束頻率及電壓之特定值在不同實施例中可變化。此外，動態折返可用於不同切換模式電源供應器轉換器架構中。舉例而言，動態折返在習用返馳轉換器及ACF轉換器兩者中可針對輕負載而使用。 在一種形式中，一種切換模式電源供應器控制器包含一脈衝寬度調變器及一可變頻率振盪器。根據一項態樣，該脈衝寬度調變器及該可變頻率振盪器被組合於一積體電路中。根據此態樣，該積體電路可包括複數個端子，該複數個端子包括：一第一可程式化輸入端子，其用於接收定義該折返結束頻率之一第一輸入信號；及一第二可程式化輸入端子，其用於接收定義該折返結束電壓之一第二輸入信號，其中該可變頻率振盪器之該控制輸入耦合至該第一可程式化輸入端子且耦合至該第二可程式化輸入端子。 在另一形式中，一種切換模式電源供應器控制器包括一電感性元件、一開關、用於提供一回饋信號之一回饋電路及一切換模式電源供應器控制器。根據一項態樣，當該回饋信號小於一折返開始電壓時，該切換模式功率轉換器以一跳躍模式操作。根據另一態樣，當該回饋信號大於一折返結束電壓時，該切換模式功率轉換器以一固定頻率模式操作，在該固定頻率模式中，該脈衝寬度調變器以該折返結束頻率切換。 因此，在法律允許之最大限度內，本創作之範疇將由對以下申請專利範圍及其等效形式之最寬廣可允許解釋來判定，且不應受前述詳細說明之約束或限制。
100‧‧‧切換模式功率轉換器
110‧‧‧前端電路
111‧‧‧電磁干擾濾波器
112‧‧‧二極體橋式整流器
113‧‧‧二極體
114‧‧‧二極體
115‧‧‧二極體
116‧‧‧二極體
117‧‧‧輸入電容器
118‧‧‧二極體
119‧‧‧二極體
120‧‧‧返馳變壓器
121‧‧‧初級繞組
122‧‧‧次級繞組
123‧‧‧輔助繞組
130‧‧‧輸出電路
131‧‧‧二極體
132‧‧‧回饋電路
133‧‧‧電阻器
134‧‧‧光電二極體
135‧‧‧電阻器
136‧‧‧齊納二極體
137‧‧‧電容器
138‧‧‧電阻器
139‧‧‧電阻器
140‧‧‧輸出電容器
150‧‧‧切換級
151‧‧‧電晶體
152‧‧‧電阻器
153‧‧‧電阻器
154‧‧‧電容器
160‧‧‧主動箝位級
161‧‧‧電容器
162‧‧‧電阻器
163‧‧‧電晶體
170‧‧‧光電電晶體
171‧‧‧光電電晶體
172‧‧‧電阻器
173‧‧‧電阻器
174‧‧‧電阻器
180‧‧‧輔助供應器電路
181‧‧‧二極體
182‧‧‧電容器
183‧‧‧二極體
184‧‧‧電容器
190‧‧‧切換模式電源供應器控制器
200‧‧‧曲線圖
210‧‧‧波形
212‧‧‧虛線部分
214‧‧‧部分
300‧‧‧表格
400‧‧‧電壓控制振盪器
500‧‧‧切換模式電源供應器控制器
510‧‧‧外部端子
511‧‧‧FB端子
512‧‧‧CS端子
513‧‧‧RT端子
514‧‧‧ATH端子
515‧‧‧HDRV端子
516‧‧‧LDRV端子
517‧‧‧VCC端子
518‧‧‧HV端子
520‧‧‧脈衝寬度調變器電路
521‧‧‧比較器
522‧‧‧除法器
523‧‧‧上升邊緣消隱電路
524‧‧‧比較器
525‧‧‧「或」閘
526‧‧‧脈衝寬度調變器鎖存器
530‧‧‧可變頻率振盪器
540‧‧‧驅動器電路
541‧‧‧驅動器
542‧‧‧「或」閘
543‧‧‧SR鎖存器
544‧‧‧驅動器
550‧‧‧電流源
560‧‧‧調節器
600‧‧‧可變頻率振盪器
610‧‧‧可變電流源
620‧‧‧固定電流源
630‧‧‧可變電流源
640‧‧‧可變電流源
650‧‧‧放大器
660‧‧‧電壓源
670‧‧‧電流控制振盪器
ATH‧‧‧端子
CLK‧‧‧時脈信號/信號
CS‧‧‧端子
FB‧‧‧端子/回饋信號/信號輸出/信號
FOSC‧‧‧頻率
GND‧‧‧端子
HDRV‧‧‧端子/信號
HV‧‧‧端子/接腳
IATH‧‧‧電流
IEND‧‧‧電流
L‧‧‧輸入
LDRV‧‧‧端子/信號
N‧‧‧輸入
Q‧‧‧輸出
R‧‧‧輸入
RT‧‧‧端子
S‧‧‧輸入
SKIP‧‧‧信號
VCC‧‧‧端子/電源供應器電壓
VFB‧‧‧回饋接腳電壓
VOUT‧‧‧輸出電壓
VSKIP‧‧‧跳躍電壓
VSW‧‧‧端子/輸入
藉由參考附圖，可更好地理解本創作，且熟習此項技術者可明瞭本創作之眾多特徵及優點，在附圖中： 圖1以部分方塊圖及部分示意圖形式圖解說明根據本創作之一實施例之具有動態頻率折返之一切換模式功率轉換器； 圖2圖解說明由圖1之切換模式功率轉換器實施之動態頻率折返之一曲線圖； 圖3圖解說明由展示圖1之切換模式功率轉換器之動態頻率折返支援之不同操作點之一實例之一表格； 圖4圖解說明由圖1之切換模式功率轉換器使用之一電壓控制振盪器(VCO)之一概念性方塊圖； 圖5以部分方塊圖及部分示意圖形式圖解說明可用作圖1之切換模式電源供應器控制器之一切換模式電源供應器控制器；且 圖6以部分方塊圖及部分示意圖形式圖解說明可用於實施圖5之可變頻率振盪器之一可變頻率振盪器。 在不同圖式中使用相同參考符號來指示類似或相同物項。除非另外陳述，否則詞語「耦合」及其相關聯動詞形式包含藉由此項技術中已知之手段做出之直接連接及間接電連接兩者，且除非另外陳述，否則對直接連接之任何說明暗指替代實施例亦使用適合形式之間接電連接。

Claims (11)

  1. 一種具有頻率折返之切換模式電源供應器控制器，其包括： 一脈衝寬度調變器，其回應於一時脈信號而產生一驅動信號，該驅動信號具有回應於一回饋信號而變化之一脈衝寬度；及 一可變頻率振盪器，其分別具有：一第一輸入，其用於接收該回饋信號；一控制輸入，其用於接收定義一折返開始頻率、一折返結束頻率、一折返開始電壓及一折返結束電壓之一可程式化控制信號；及一輸出，其用於提供具有一可變頻率之該時脈信號，當該回饋信號在該折返開始電壓與該折返結束電壓之間變化時，該可變頻率在該折返開始頻率與該折返結束頻率之間的一範圍內變化。
  2. 如請求項1之切換模式電源供應器控制器，其中該脈衝寬度調變器及該可變頻率振盪器組合於包括複數個端子之一積體電路中，該複數個端子包括： 一第一可程式化輸入端子，其用於接收定義該折返結束頻率之一第一輸入信號；及 一第二可程式化輸入端子，其用於接收定義該折返結束電壓之一第二輸入信號， 其中該可變頻率振盪器之該控制輸入耦合至該第一可程式化輸入端子且耦合至該第二可程式化輸入端子。
  3. 如請求項2之切換模式電源供應器控制器，其中該積體電路進一步包括一參考位準產生器，該參考位準產生器具有用於定義該折返開始頻率之一輸出，其中該可變頻率振盪器之該控制輸入進一步耦合至該參考位準產生器之該輸出。
  4. 如請求項3之切換模式電源供應器控制器，其中該參考位準產生器指示高於一人類可聽頻率之一固定頻率。
  5. 如請求項1之切換模式電源供應器控制器，其中當該回饋信號小於該折返開始電壓時，該切換模式電源供應器控制器以一跳躍模式操作。
  6. 如請求項1之切換模式電源供應器控制器，其當該回饋信號大於該折返結束電壓時，該切換模式電源供應器控制器以一固定頻率模式操作，在該固定頻率模式中，該脈衝寬度調變器以該折返結束頻率切換。
  7. 一種具有頻率折返之切換模式功率轉換器，其包括： 一電感性元件，其具有用於接收一輸入電壓之一輸入及用於提供一輸出電壓之一輸出； 一開關，其具有：一第一電流電極，其耦合至該電感性元件之一端子；一第二電流電極，其耦合至一電源供應器端子；及一控制電極，其用於接收一驅動信號； 一回饋電路，其具有耦合至該電感性元件之該輸出之一輸入及用於提供一回饋信號之一輸出；及 一切換模式電源供應器控制器，其包括： 一脈衝寬度調變器，其回應於一時脈信號、具有耦合至該開關之該控制電極之一輸出，其中該脈衝寬度調變器產生具有回應於該回饋信號而變化之一脈衝寬度之該驅動信號；及 一可變頻率振盪器，其分別具有：一第一輸入，其用於接收該回饋信號；一控制輸入，其用於接收定義一折返開始頻率、一折返結束頻率、一折返開始電壓及一折返結束電壓之一控制信號；及一輸出，其用於提供具有一可變頻率之該時脈信號，當該回饋信號在該折返開始電壓與該折返結束電壓之間變化時，該可變頻率在該折返開始頻率與該折返結束頻率之間的一範圍內變化。
  8. 如請求項7之切換模式功率轉換器，其中該脈衝寬度調變器及該可變頻率振盪器組合於一積體電路中，其中該積體電路進一步包括複數個端子，該複數個端子包括： 一第一可程式化輸入端子，其用於接收定義該折返結束頻率之一第一輸入信號；及 一第二可程式化輸入端子，其用於接收定義該折返結束電壓之一第二輸入信號， 其中該可變頻率振盪器之該控制輸入耦合至該第一可程式化輸入端子且耦合至該第二可程式化輸入端子。
  9. 如請求項7之切換模式功率轉換器，其中該控制輸入包含一可程式化折返開始頻率、一可程式化折返結束頻率、一可程式化折返開始電壓及一可程式化折返結束電壓。
  10. 如請求項7之切換模式功率轉換器，其中該電感性元件係一變壓器，且該切換模式功率轉換器作為一返馳功率轉換器而操作。
  11. 如請求項10之切換模式功率轉換器，其中： 該變壓器具有一初級繞組及一次級繞組，該初級繞組具有：一第一端，其用於接收該輸入電壓；及一第二端，且該次級繞組具有：一第一端，其用於提供該輸出電壓；及一第二端； 該切換模式功率轉換器進一步包括耦合於該變壓器之該初級繞組之該第一端與該第二端之間的一主動箝位電路；且 當該回饋信號大於該折返結束電壓時，該切換模式功率轉換器以一主動箝位返馳模式操作。
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