[发明专利]用于固定导通时间电源转换器的音频跳略控制方法及电路

说明书

技术领域

本发明是有关一种电源转换器，特别是关于一种避免固定导通时间电源转换器运作于音频的控制方法及电路。

背景技术

现有的直流对直流切换式转换器在重载时有极佳的转换效率，但轻载时却受限于固定切换频率的切换损失而无法提升效率。目前常见的改善方法是利用脉冲跳略模式(Pulse-Skipping Mode；PSM)解除固定切换频率的限制以减少切换损失，提升效率。但此法却伴随着一个明显的问题，随着负载不断降低，切换频率将降到音频的范围(20Hz～20kHz)。由于电容材料的压电效应，电容上的瞬间切换电流会产生足够大的机械能导致音频振动而产生恼人的噪音。这通常发生在降压转换器的输入电容及升压转换器的输出电容上。

消除噪音最直接的方法就是限制切换频率的下限，例如25kHz，但此法对固定导通时间电源转换器却是个负担。如图1所示，固定导通时间降压转换器在输出电压Vout降到预设的波谷点(valley point)时触发上桥开关的导通时间Ton，导通时间Ton的值是固定的，在导通时间Ton结束后关闭上桥开关，直到输出电压Vout又降到波谷点时再次触发导通时间Ton。当负载减轻时，输出电压Vout下降的速度变慢，于是上桥开关的关闭时间Toff变长，切换周期Tsw变长，即切换频率降低。固定导通时间电源转换器在加入零电感电流检测后可自然地产生PSM，利用固定的上桥开关导通时间以及检测输出电压达到波谷点时触发下一周期的导通时间，保持输出电流与负载电流之间的平衡，以维持在预设的输出电压。但为了限制切换频率的下限，在轻载时必须在输出电压还未达到波谷点就触发上桥开关导通，因此势必会造成输出电流大于负载电流，使得输出电压跟着上升。

图2是现有的固定导通时间降压转换器的电感电流的波形图，为了平衡输出电流与负载电流以调节输出电压，在切换频率降到下限25kHz，即切换周期Tsw达到上限40us时，在时间t1，先导通下桥开关，使电感电流为负值，一直持续到时间t2，输出电压达到波谷点时触发固定导通时间Ton，在时间t3时，关闭上桥开关且导通下桥开关，直到时间t4，电感电流降到零时，关闭下桥开关，如此完成一次切换操作。此法的正负电感电流的净输出将等于负载电流，输出电压的波谷点也将维持在设定值，但缺点是负电感电流造成转换效率的损失，而且负载电流愈小，转换效率的损耗愈明显。

美国专利号7652461提出一种具有音频抑制技术的降压转换器，其电路如图3所示，包括一对上桥开关M1和下桥开关M2、零电流检测器10、比较器12、导通时间电路14、计时器16及导通时间削减器18。在零电流检测器10检测到电感电流IL为零时关闭下桥开关M2，以避免负电感电流的发生降低转换器轻载时的效率。参考电压Vref决定输出电压Vout的波谷点，比较器12比较参考电压Vref以及与输出电压Vout相关的回授电压FB，当回授电压FB小于参考电压Vref时便拉高信号S1以触发SR正反器20将上桥开关M1导通，导通时间电路14在经过一段时间后重置SR正反器20以结束上桥开关M1的导通时间。计时器16计算上桥开关M1的关闭时间，即下桥开关M2导通时间及上下桥开关M1、M2都关闭的时间的和。当负载过低使得输出电压Vout下降过慢而导致切换周期达到设定上限时，计时器16拉高信号S2以强制触发SR正反器20将上桥开关M1导通，因而避免切换频率降到音频范围。为了避免计时器16影响输出电压Vout的稳定，在导通时间削减器18中设定偏移电压Voff1，当回授电压FB大于偏移电压Voff1及参考电压Vref之和时，转导放大器22输出正比于Voff1+Vref-FB的电流，与输出电压Vout相乘后送至导通时间电路14，改变导通时间电路14的门槛值以削减上桥开关M1的导通时间，达到减少电感电流IL以保持与负载电流平衡的目的。由于这种方法没有负电感电流发生，因此在轻载时效率较佳。但此法的输出电压Vout会跟转导放大器22的开回路增益相关。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种避免固定导通时间电源转换器运作于音频的控制方法及电路。

本发明的目的之一，在于提出一种简单的音频跳略控制方法及电路。