CN105305825B - 电源控制器以及相关的控制方法 - Google Patents

Abstract

电源控制器以及相关的控制方法。其适用于一开关式电源供应器。该开关式电源供应器包含有串联在一起的电感组件以及功率开关，用以提供输出电压予负载。该电源控制器包含有输出电流估算器、遮蔽时间产生器、脉冲宽度调制器、以及逻辑电路。该输出电流估算器架构来依据一电流检测信号以及该电感组件的放电时间，产生负载代表信号。该电流检测信号代表流经该电感组件的电感电流。该遮蔽时间产生器依据该负载代表信号，提供遮蔽时间。该脉冲宽度调制器提供脉冲宽度调制信号，用以开关该功率开关。该脉冲宽度调制信号的一脉冲宽度，是由一补偿信号所决定，且该补偿信号受控于该输出电压。该逻辑电路使该脉冲宽度调制信号的周期时间，不小于该遮蔽时间。

Description

电源控制器以及相关的控制方法

技术领域

本发明涉及电源控制，特别是涉及开关式电源供应器(switched mode powersupply)。

背景技术

开关式电源供应器一般采用一功率开关来控制流经一电感元件的一电流。跟其它一般电源供应器相较之下，开关式电源供应器具有较小的产品体积以及较优越的转换效率，所以广受业界的欢迎与采用。

在众多开关式电源供应器中，有一种操作于准谐振(quasi-resonance，QR)模式，称为QR开关式电源供应器。QR开关式电源供应器可以使一功率开关，于其跨压大致在最低时，从一关闭状态，而变成导通状态，所以理论上能降低该功率开关的开关损耗(switchingloss)。因此，QR开关式电源供应器的转换效率，尤其是高负载时，一般是相当优秀的。

图1显示一公知的QR开关式电源供应器10，其中变压器为一电感元件，具有相电感耦合的初级绕组PRM、次级绕组SEC以及一辅助绕组AUX。QR开关式电源供应器10由输入电压V_IN所供电，提供负载24一输出电压V_OUT以及一输出电流I_OUT。QR控制器26产生脉冲宽度调制(PWM)信号V_GATE，通过驱动端GATE，来周期性的开关功率开关34。通过分压电阻28与30，QR控制器26检测辅助绕组AUX的跨压V_AUX。图2显示图1中的PWM信号V_GATE以及跨压V_AUX。在图2中，PWM信号V_GATE的两个上升缘之间为一个开关周期，其间的时间称为周期时间T_CYC，其由一个开启时间T_ON与一个关闭时间T_OFF所构成。开启时间T_ON是功率开关34在一周期时间T_CYC内的持续维持开启的时间长度，也是PWM信号V_GATE中的脉冲宽度。如同图2所示，在关闭时间T_OFF的后半部，因为电感元件放电完毕，跨压V_AUX开始振荡而有两个信号波谷VL₁与VL₂。QR控制器26可使周期时间T_CYC大约结束于信号波谷VL₂出现时。这样在信号波谷出现时使周期时间T_CYC结束的控制方式，一般称为波谷切换(valley switching)。

QR开关式电源供应器10中，位于补偿端COMP，有一补偿信号V_COMP，其受控于运算放大器20，而运算放大器20比较输出电压V_OUT与目标电压V_TAR之间的差异。公知的QR控制器26中，补偿信号V_COMP大致同时决定了开启时间T_ON以及遮蔽时间T_BLOCK。在遮蔽时间T_BLOCK结束之后，QR控制器26才允许结束周期时间T_CYC，以避免过早的波谷切换，导致开关频率f_CYC(＝1/T_CYC)过高而降低了转换效率。所以，遮蔽时间T_BLOCK等于定义了最大开关频率f_CYC-MAX(＝1/T_BLOCK)。

公知的QR开关式电源供应器10有两个可能的问题。

1.电磁波干扰难以解决。在一个固定负载24时，补偿信号V_COMP可能是固定的一个值，功率开关34在固定的一个信号波谷结束一周期时间T_CYC，这便意味着固定的一个开关频率f_CYC，以及相当强烈的电磁波干扰。一种公知的解决方式是对于补偿信号V_COMP进行微小干扰，但是运算放大器20所提供的负反馈机制往往自动地把所提供的干扰抵销，因此成效不明显。

2.噪声(audible noise)的出现。在一个固定的负载24时，补偿信号V_COMP可能振荡，使得QR控制器26一会儿在一个信号波谷进行波谷切换，而在另一会儿在另一个相邻的信号波谷进行波谷切换。这样波谷切换不稳定的结果，可能使得QR开关式电源供应器10产生扰人的噪声。会产生噪声的电源供应器，一般是很难让市场接受的。

发明内容

本发明揭示一种电源控制器，适用于一开关式电源供应器。该开关式电源供应器包含有串联在一起的一电感元件以及一功率开关。该电感元件的一跨压可振荡而产生至少一信号波谷。该功率开关受一脉冲宽度调制信号所控制。该脉冲宽度调制信号具有一开启时间以及一关闭时间。该电源控制器包含有一波谷检测器、一遮蔽时间产生器、以及一关闭时间控制器。该波谷检测器耦接至该电感元件，用以产生一波谷指示信号，以指出该至少一信号波谷出现的时间。该遮蔽时间产生器提供一遮蔽时间。该关闭时间控制器纪录有一振荡时间纪录，其代表一前振荡时间，关联于一前开关周期；依据该振荡时间纪录、该遮蔽时间以及该波谷指示信号，来结束该关闭时间；以及，依据一振荡时间，更新该振荡时间纪录。该振荡时间由该跨压开始振荡后的一起点开始，而与该关闭时间一同结束。

本发明揭示一种控制方法，适用于一电源供应器，其包含有一电感元件以及一功率开关。该功率开关受一脉冲宽度调制信号所控制。该脉冲宽度调制信号具有多个开关周期。每一开关周期的周期时间具有一开启时间以及一关闭时间。该电感元件的一跨压可振荡而具有一振荡周期，并产生至少一信号波谷。该控制方法包含有：提供一振荡时间纪录，其代表一前振荡时间，关联于一前开关周期；于一开关周期内，依据该前振荡时间，控制该功率开关，使该关闭时间结束；以及，依据一振荡时间，更新该振荡时间纪录。该振荡时间与该前振荡时间都从该跨压开始振荡后的一起点开始，且该振荡时间与该关闭时间同时结束。该振荡时间与该前振荡时间的差，小于该振荡周期，以使该前开关周期与该开关周期其中的一操作于波谷切换，另一操作于非波谷切换。

附图说明

图1显示一公知的QR开关式电源供应器。

图2显示图1中的PWM信号V_GATE以及跨压V_AUX；

图3显示依据本发明所实施的一QR控制器；

图4显示一依据本发明所实施的QR开关式电源供应器中的一些信号波形；

图5举例一输出电流估算器；

图6显示负载代表信号V_L-EST与输出电流I_OUT的关系；

图7显示负载代表信号V_L-EST与一最大开关频率f_CYC-MAX(＝1/T_BLOCK)之间的关系；

图8显示依据本发明所实施的一电源控制器；

图9显示可以实施转换的一QR控制器；

图10显示QR控制器300取代了图1的QR控制器26后，电路中的一些信号波形；

图11为一实施例中，关闭时间控制器302所采用的控制方法；

图12显示当由高负载转低负载时，一些连续开关周期中的跨压V_AUX，以及一些信号的时序；

图13显示当由低负载转高负载时，一些连续开关周期中的跨压V_AUX，以及一些信号的时序；

图14显示公知技术中，振荡时间T_S-VL的一种可能变化；以及

图15显示依据本发明的一实施例中，振荡时间T_S-VL的一种可能变化。

附图符号说明

10 QR开关式电源供应器

20 运算放大器

24 负载

26 QR控制器

28、30 分压电阻

34 功率开关

36 电阻

80 QR控制器

82 波谷检测器

84 放电时间检测器

86 输出电流估算器

88 与门

90 遮蔽时间产生器

92 频率抖动器

94 脉冲宽度调制器

100 CS峰值电压检测器

102 电压控制电流源

104 开关

190 转导器

192 电位转换器

196 更新电路

198 收集电容

199 电容

200 电源控制器

300 QR控制器

302 关闭时间控制器

304、305、306、308、310、312、314、315、316、318、320、322、324 步骤

ACC 收集端

AUX 辅助绕组

COMP 补偿端

CS 电流检测端

f_CYC 开关频率

f_CYC-MAX 最大开关频率

GATE 驱动端

I_CHARGE 充电电流

I_CS 电流

I_DIS 放电电流

I_L 预设电流

I_H 预设电流

I_OUT 输出电流

I_PRM 电流

PRM 初级绕组

PT_S-VL 前振荡时间

QRD 检测端

S_BLOCK 遮蔽信号

SEC 次级绕组

S_JITTER 抖动控制信号

S_LOCK 锁定信号

S_TDIS 放电时间信号

S_UPDATE 更新信号

S_VD 波谷指示信号

t_STR、t₁、t₂、t₃、t₄、t_RELEASE、t_END、t_AB-1ST、t_W-S、t_W-E 时间点

T_BLOCK 遮蔽时间

T_CYC 周期时间

T_AUX-CYC 振荡周期

T_DIS 放电时间

T_OFF 关闭时间

T_ON 开启时间

T_S-VL 振荡时间

TW 时窗

V_ACC 反馈电压

V_AUX 跨压

V_COMP 补偿信号

V_COMP-SCALED 比例补偿信号

V_CS 电流检测信号

V_CS-PEAK 电压

V_GATE PWM信号

V_IN 输入电压

VL₁、VL₂、VL₃ 信号波谷

V_L-EST 负载代表信号

V_M 电压

V_OUT 输出电压

V_QRD 检测电压

V_REF 预设参考电压

V_TAR 目标电压

具体实施方式

本发明的一实施例所举例的一电源控制器中，一补偿信号V_COMP只有决定一开启时间T_ON。该电源控制器会去检测一辅助绕组AUX的一放电时间T_DIS，然后利用电流检测信号V_CS以及放电时间T_DIS，去推算出一负载代表信号V_L-EST。该负载代表信号V_L-EST大致可代表了当下的电源供应器，对一负载所提供的输出电流I_OUT。该电源控制器依据该负载代表信号V_L-EST来决定一遮蔽时间T_BLOCK。在该遮蔽时间T_BLOCK过去之后，该电源控制器才允许结束周期时间T_CYC。

简单的说，在本发明的一实施例中，开启时间T_ON是由补偿信号V_COMP所决定，而遮蔽时间T_BLOCK是由代表该输出电流I_OUT的该负载代表信号V_L-EST所决定。

这样的设计下，只要在该负载不变的一稳态条件下，该输出电流I_OUT是一固定的常数，而对应的该遮蔽时间T_BLOCK就会大约是一个定值。此时，该补偿信号V_COMP会自动的被调整，而产生适切的开启时间T_ON。结果就是该电源供应器的功率开关可以在一个固定的信号波谷进行波谷切换，不再会有公知技术中波谷切换不稳定的问题发生。所以可能可以消除噪声。

在本发明的一实施例中，为了消除固定的波谷切换所可能造成的电磁波干扰，因此一电源控制器对于该遮蔽时间T_BLOCK进行抖动(jittering)。该遮蔽时间T_BLOCK的抖动结果，当然会影响到补偿信号V_COMP。但是，在该实施例中，补偿信号V_COMP并不会影响到遮蔽时间T_BLOCK，因为该遮蔽时间T_BLOCK大致只有被该输出电流I_OUT以及该抖动所影响，而测量电磁波干扰时，该输出电流I_OUT为定值。因此，可以确定该遮蔽时间T_BLOCK的抖动结果，大致可以忠实地也有效地，将该遮蔽时间T_BLOCK变化于一定小范围内，可能可以将开关频率f_CYC变化于相对应一小范围内，来解决电磁波干扰的问题。

图3显示依据本发明所实施的一QR控制器80，在一实施例中，其取代了图1中的QR控制器26。如同图3所示，QR控制器80包含有波谷检测器82、放电时间检测器84、输出电流估算器86、与门88、遮蔽时间产生器90、频率抖动器92、以及脉冲宽度调制器94。图4显示QR控制器80取代了图1的QR控制器26后，电路中的一些信号波形。以下的说明，请同时参照图1、3与4。

放电时间检测器84，通过检测端QRD以及分压电阻30与28，耦接至辅助绕组AUX。放电时间检测器84依据辅助绕组AUX的跨压V_AUX，来产生放电时间信号S_TDIS，其可以指示出辅助绕组AUX的一放电时间T_DIS。举例来说，如同图4中的放电时间信号S_TDIS的波形所示，放电时间T_DIS大约为在开启时间T_ON结束后，跨压V_AUX的第1个上升缘(于时间点t₁)到第1个下降缘之间(于时间点t₂)的时间。

波谷检测器82通过检测端QRD，来检测在放电时间T_DIS后，跨压V_AUX上所出现的信号波谷。检测端QRD上有检测电压V_QRD。波谷检测器82会产生一波谷指示信号S_VD，其具有多个脉冲，每个表示一对应信号波谷出现的时间。举例来说，当跨压V_AUX下降低于0V后一固定时间，波谷指示信号S_VD就有一个脉冲。如同图4中的跨压V_AUX与波谷指示信号S_VD的波形所举例的，跨压V_AUX在关闭时间T_OFF内第一次下降低于0V(时间点t₃)后，表示信号波谷VL₁出现，所以导致在时间点t₄，波谷指示信号S_VD具有一个脉冲。类似的，信号波谷VL₂出现后一固定时间，波谷指示信号S_VD具有另一个脉冲。

如图3所示，输出电流估算器86接收电流检测信号V_CS以及放电时间信号S_TDIS，据以产生负载代表信号V_L-EST。电流检测信号V_CS位于电流检测端CS，其表示流经电阻36的电流I_CS，其也是流经初级绕组PRM的电流I_PRM。虽然负载代表信号V_L-EST是个预估的结果，但是它大致可以代表供应给负载24的输出电流I_OUT。稍后将举例详细说明输出电流估算器86。

遮蔽时间产生器90，依据负载代表信号V_L-EST，产生一遮蔽信号S_BLOCK，以提供遮蔽时间T_BLOCK。举例来说，当负载代表信号V_L-EST越大时，遮蔽时间T_BLOCK越大。如同图4的遮蔽信号S_BLOCK的波形所举例，遮蔽时间T_BLOCK与周期时间T_CYC大致同步开始(于时间点t_STR)，而遮蔽时间T_BLOCK结束于时间点t_RELEASE。

频率抖动器92，连接至遮蔽时间产生器90，提供一抖动控制信号S_JITTER，用以些许的改变遮蔽时间T_BLOCK。举例来说，在负载24不变的一稳态下，抖动控制信号S_JITTER为一周期性信号，其变化频率为400Hz，且抖动控制信号S_JITTER可使遮蔽时间T_BLOCK变化于1/(27.5kHz)～1/(25kHz)之间，所以开关频率f_CYC将可能会大约变化于25kHz～27.5kHz之间。换言之，此时，抖动控制信号S_JITTER的变化周期(＝1/400)，远大于周期时间T_CYC(介于1/(27.5kHz)与1/(25kHz))。

与门88的两个输入分别连接至遮蔽时间产生器90以及波谷检测器82。只有在遮蔽时间T_BLOCK结束后，与门88才会传递波谷指示信号S_VD，而波谷指示信号S_VD中的脉冲才能设置(set)脉冲宽度调制器94。如同图4的波谷指示信号S_VD与遮蔽信号S_BLOCK的波形所举例的，在遮蔽时间T_BLOCK结束(t_RELEASE)后的时间点t_END，波谷指示信号S_VD出现了一个脉冲，而这个脉冲设置了脉冲宽度调制器94，使得PWM信号V_GATE被设置为逻辑上的“1”。与门88使周期时间T_CYC结束于遮蔽时间T_BLOCK后的第一个信号波谷出现时(时间点t_END)。此开关周期的时间点t_END，等于下一开关周期的时间点t_STR。

如同图4中的时间点t_STR与t_END所举例的，当PWM信号V_GATE一被设置为逻辑上的“1”时，功率开关34被开启，开始一周期时间T_CYC以及一开启时间T_ON。脉冲宽度调制器94依据补偿信号V_COMP与电流检测信号V_CS，决定开启时间T_ON的长度。举例来说，图4中有显示一比例补偿信号V_COMP-SCALED，其大致为比例于补偿信号V_COMP。如同图4中的电流检测信号VCS的波形所示，当电流检测信号V_CS超过比例补偿信号V_COMP-SCALED时(时间点t₁)，PWM信号V_GATE被变更为逻辑上的“0”，开启时间T_ON结束，关闭时间T_OFF开始。

图5举例输出电流估算器86，其具有转导器190、电位转换器(level shifter)192、一更新电路196、一收集电容198、一开关104、一电压控制电流源(voltage-controlledcurrent source)102、以及一CS峰值电压检测器100。

CS峰值电压检测器100产生电压V_CS-PEAK，其代表了电流检测信号V_CS的一峰值。举例来说，公开号为US20100321956A1的美国专利申请中的图10就提供了CS峰值电压检测器100的一例子。在一些实施例中，CS峰值电压检测器100可以用公开号为US20100321956A1的美国专利申请的图17或图18中所举例的平均电流检测器所取代。电压控制电流源102将电压V_CS-PEAK转换成放电电流I_DIS，其仅有在放电时间信号S_TDIS为逻辑上的“1”时，对收集端ACC放电。换言之，放电电流I_DIS对收集端ACC的放电时间，等效上大约等于放电时间T_DIS。在一些实施例中，图5中的开关104可以省略，取而代之的，放电时间信号S_TDIS用来启动(activate)或是关闭(deactivate)电压控制电流源102。在电容199上的电压V_M，被位移转换后，成为负载代表信号V_L-EST，送给转导器190，用来跟一预设参考电压V_REF比较。转导器190依据比较结果，来输出充电电流I_CHARGE，对收集端ACC持续地充电。更新电路196受更新信号S_UPDATE所触发，对收集端ACC上的反馈电压V_ACC取样，来更新电压V_M，可以每一个周期时间T_CYC来更新一次。更新信号S_UPDATE并不必要每个周期时间T_CYC就使得更新电路196执行更新一次，举例来说，也可以每两个周期时间T_CYC执行更新一次。在一实施例中，更新信号S_UPDATE可以等同于脉冲宽度调制信号V_GATE，意味着更新的动作在关闭时间T_OFF一开始时被执行。电压V_M平时都是保持在一个定值，直到更新电路196对它更新后，才会变成另一个定值。从以上说明可以发现，当电压V_M不变时，充电电流I_CHARGE也会维持不变。

在一周期时间T_CYC内，收集电容198纪录且收集了充电电流I_CHARGE于周期时间T_CYC的一充电积分结果与放电电流I_DIS于放电时间T_DIS的一放电积分结果两个积分结果的差异。

类似公开号为US20100321956A1的美国专利申请中所分析的，当充电电流I_CHARGE为一个定值，且反馈电压V_ACC在被取样时的值，等于上一次被取样时的值，那充电电流I_CHARGE就会是跟输出到负载24的输出电流I_OUT成比例。为了使充电电流I_CHARGE跟输出电流I_OUT成比例，所以反馈电压V_ACC每次被取样时的值，必须要一样或是稳定。更新电路196、电位转换器192、以及转导器190一起形成了具有负回路增益(negative loop gain)的一回路，而这个回路最后可以使得反馈电压V_ACC每次被取样时的值，稳定在一个值。举例来说，如果充电电流I_CHARGE大于跟输出电流I_OUT成比例的一期望值，那反馈电压V_ACC在下次的取样时，就会变大，造成更新后的电压V_M也随着变大，因此，充电电流I_CHARGE就会变小。反之亦然。所以，在负载24不变的稳态时，电压V_M可停止于一相对的固定值，而充电电流I_CHARGE最后可以变的大约跟输出电流I_OUT成比例。

图6显示在一实施例中，负载代表信号V_L-EST与输出电流I_OUT的关系。如同图6所示，负载代表信号V_L-EST与输出电流I_OUT大致为一对一的关系，所以负载代表信号V_L-EST可以大致代表输出电流I_OUT。

负载代表信号V_L-EST大致决定一遮蔽时间T_BLOCK，所以输出电流I_OUT大致决定了遮蔽时间T_BLOCK，也就是最大开关频率f_CYC-MAX(＝1/T_BLOCK)。图7显示在一实施例中，输出电流I_OUT与一最大开关频率f_CYC-MAX(＝1/T_BLOCK)之间的关系。当输出电流I_OUT偏大，举例来说，大于预设电流I_H，表示负载24为一高负载，最大开关频率f_CYC-MAX以抖动控制信号S_JITTER的变化频率，调制频率于60kHz～66kHz之间改变。当输出电流I_OUT偏小时，举例来说，小于预设电流I_L，表示负载24为一低负载，最大开关频率f_CYC-MAX以抖动控制信号S_JITTER的变化频率，调制频率于25kHz～27.5kHz之间变化。

从图3与图4可以发现，开启时间T_ON是由补偿信号V_COMP所决定，而遮蔽时间T_BLOCK是由代表输出电流I_OUT的负载代表信号V_L-EST所决定。

如同先前所述的，这样的设计下，只要在负载24不变的一稳态条件下，输出电流I_OUT是一固定的常数，而对应的遮蔽时间T_BLOCK就大约是一个定值，不会随着补偿信号V_COMP的变化而被改变。结果就是该电源供应器的功率开关34可以在一个固定的信号波谷进行波谷切换，不再会有公知技术中波谷切换不稳定的问题发生。所以可能可以消除噪声。

而且，如同图3与图7所举例的，遮蔽时间T_BLOCK大致只有被输出电流I_OUT以及抖动控制信号S_JITTER所影响，而测量电磁波干扰时，该输出电流I_OUT为定值。因此，可以确定抖动控制信号S_JITTER大致可以忠实地也有效地，将遮蔽时间T_BLOCK变化于一定小范围内，也就是开关频率f_CYC将变化于相对应一小范围内。如此，可能可以解决电磁波干扰的问题。

以上举例的均为QR开关式电源供应器，但是本发明并不限于此。图8显示依据本发明所实施的一电源控制器200。电源控制器200不是操作在QR模式，但在一实施例中，可以取代图1中的QR控制器26。图8所示的电源控制器200没有图3中的波谷检测器82与与门88，而遮蔽信号S_BLOCK反向后直接连接到脉冲宽度调制器94的设定端。当遮蔽时间T_BLOCK结束时，脉冲宽度调制器94就立刻被设定，而立刻开始下一个开关周期内的周期时间T_CYC以及开启时间T_ON。换言之，在电源控制器200的控制之下，周期时间T_CYC大约等于遮蔽时间T_BLOCK。

在本发明的另一个实施例中，电源供应器大部分时间是操作于波谷切换，只是，在从一个信号波谷的波谷切换转换到另一个信号波谷的波谷切换的过程中，有些开关周期并非操作于波谷切换。举例来说，该电源供应器一开始是操作于第3个信号波谷的波谷切换，接着可能因为负载变大或是其它可能的原因，之后的开关周期的切换时间渐进式的往前一个信号波谷(也就是第2个信号波谷)接近，经过几个开关周期后，才会操作于第2个信号波谷的波谷切换。这样的转换过程，在此称之为波谷切换的软转换(soft transition forvalley switching)，其表示两个操作于位于不同信号波谷的波谷切换的开关周期之间，可以容许有至少一个或是多个非波谷切换的开关周期。

图9显示可以实施转转换的一QR控制器300，可以取代图1中的QR控制器26，作为本发明的一实施例。图9中的QR控制器300与图3中的QR控制器80彼此相似或是一样的地方可以通过先前教导而得知，在此不再累述。QR控制器300以关闭时间控制器302取代了QR控制器80中的与门88。关闭时间控制器302可以使一电源供应器在遮蔽时间T_BLOCK结束后的第一个信号波谷出现时，来结束一关闭时间T_OFF，进行波谷切换。但是，在一些条件下，关闭时间控制器302也可以不进行波谷切换，稍后将详细说明。

图10显示QR控制器300取代了图1的QR控制器26后，电路中的一些信号波形。图10与图4相同的部分可以参考图4与其说明而得知，不再累述。

振荡时间T_S-VL是在一开关周期中放电时间T_DIS结束后的一个固定的时间点，到关闭时间T_OFF结束(t_END)之间的时间长度。在图10中的例子里，振荡时间T_S-VL是从时间点t₂到t_END。在另一个实施例中，其可以是从时间点t₃到t_END，或是从时间点t₄到t_END。在优选的例子里，振荡时间T_S-VL的开始时间点不得晚于时间点t₄，也就是波谷指示信号S_VD在放电时间T_DIS结束后第一个脉冲出现的时间。振荡时间T_S-VL可以大致上视为跨压V_AUX振荡了多久，当下的周期时间T_CYC或是关闭时间T_OFF才结束。

在一些状况中，前振荡时间PT_S-VL则是前一个开关周期中的振荡时间T_S-VL。举例来说，当下的开关周期中的振荡时间T_S-VL，就是下一个开关周期中的前振荡时间PT_S-VL。在其它的一些状况中，前振荡时间PT_S-VL是多个开关周期前的一振荡时间T_S-VL。

时窗TW为介于时间点t_W-S与t_W-E之间的时间，是依据前振荡时间PT_S-VL所产生。举例来说，时间点t_W-S是位于前振荡时间PT_S-VL结束的前一预定时间，而时间点t_W-E位于前振荡时间PT_S-VL结束后的另一预定时间。这两个预定时间可以一样或是不同。时窗TW的长度最好小于跨压V_AUX的一个振荡周期T_AUX-CYC。一个振荡周期T_AUX-CYC大约是两个信号波谷底部之间的时间，也大约等于跨压V_AUX连续两个下降缘低于0V之间的时间。

时间点t_AB-1ST为时间点t_RELEASE(遮蔽时间T_BLOCK结束)之后，波谷指示信号S_VD所产生的第一脉冲出现的时间点。换言之，也大约就是遮蔽时间T_BLOCK结束后，第一个信号波谷出现的时间点。时间点t_AB-1ST与时间点t_END不必然如同图10所示的同时出现。也就是下一个开关周期不必然开始于时间点t_AB-1ST。

图11为一实施例中，关闭时间控制器302所采用的控制方法。关闭时间控制器302有一纪录器，纪录并提供数字的锁定信号S_LOCK。当锁定信号S_LOCK为逻辑上的“1”时(判别于步骤305)，表示要波谷锁定，意味着波谷切换要锁定在一样的信号波谷；反之，锁定信号S_LOCK为逻辑上的“0”，表示不波谷锁定，意味着发生波谷切换的信号波谷可以改变。

关闭时间控制器302中纪录有一振荡时间纪录RT，其可以代表前振荡时间PT_S-VL。步骤306依据前振荡时间PT_S-VL，提供时窗TW，也就是决定时间点t_W-S与t_W-E。换言之，步骤306依据振荡时间纪录RT，决定时间点t_W-S与t_W-E。

在不波谷锁定时，步骤308使时间点t_END只能发生在时窗TW内，也就是不可以早于时间点t_W-S，不可以晚于时间点t_W-E。至于确切的时间点t_END则视时间点t_AB-1ST的相对位置而定。如果时间点t_AB-1ST在视窗TW之前，也就是时间点t_AB-1ST早于时间点t_W-S出现，则时间点t_END就是时间点t_W-S。如果时间点t_AB-1ST出现于视窗TW之内，则时间点t_END就是时间点t_AB-1ST。如果时间点t_W-E早于时间点t_AB-1ST，则周期时间T_CYC与关闭时间T_OFF立刻结束，时间点t_END等于时间点t_W-E。在时间点t_END，PWM信号V_GATE会有一个上升缘，来结束周期时间T_CYC与关闭时间T_OFF。振荡时间纪录RT，在关闭时间T_OFF结束时，会被更新，将这开关周期的振荡时间T_S-VL的信息，带到下一个开关周期去，成为下一周期的前振荡时间PT_S-VL。在此实施例中，关闭时间T_OFF结束的时间点，取决于视窗TW与时间点t_AB-1ST，而视窗TW由振荡时间纪录RT决定，时间点t_AB-1ST由遮蔽时间T_BLOCK与波谷指示信号S_VD所决定。

在波谷锁定时，步骤316使时间点t_END就是前振荡时间PT_S-VL结束时。如此当下的开关周期结束关闭时间T_OFF时所在的信号波谷，会跟前一个开关周期结束关闭时间T_OFF时所在的信号波谷，一模一样，达到波谷锁定的目的。

关闭时间控制器302也有一计数器，提供一计数值，大致上用来计算波谷锁定的次数，如同步骤320所示。计数器也可以视为一种计时器，用来计算波谷锁定的总时间。步骤322显示，当波谷锁定的次数达到一预设值N时，锁定信号S_LOCK会从逻辑上的“1”，变成逻辑上的“0”，解除波谷锁定。换言之，锁定信号S_LOCK为“1”至少会持续有N个周期时间。波谷锁定解除后，当时间点t_AB-1ST根本不在时窗TW内时，表示已经不是波谷切换，所以步骤315使计数值得归零。当时间点t_AB-1ST又进入时窗TW内时，表示应该进入波谷锁定，所以步骤314使锁定信号S_LOCK为逻辑上的“1”，使计数值增加1，计数器开始计数。

请同时参阅图1、图9、图11与图12。图12显示当由高负载转低负载时，一些连续开关周期中的跨压V_AUX，以及一些信号的时序。

如同图12中第X开关周期中的跨压V_AUX所示，假定在第X开关周期之前，是处于一稳定状态，关闭时间控制器302稳定的使波谷切换发生于第2信号波谷出现时。在第X开关周期中，时间点t_AB-1ST也就是时间点t_END(周期时间T_CYC的结束)，振荡时间T_S-VL将与前振荡时间PT_S-VL相同，锁定信号S_LOCK为“0”，计数值为N。在图11中，第X开关周期中的关闭时间T_OFF是依循步骤304、305、306、308、310、312与324，这样的步骤流程来决定。

图12中的第X+1开关周期开始时，可能因为由高负载转低负载，所以时间点t_RELEASE突然被延后，导致到时窗TW结束时，时间点t_AB-1ST依然没有出现。第X+1开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、306、308、310、315与324，这样的步骤流程来决定。所以，如同图12所示，第X+1开关周期的时间点t_END会与时间点t_W-E大约同时，锁定信号S_LOCK为“0”，计数值为0。振荡时间T_S-VL，将会比前振荡时间PT_S-VL，多出了一预定时间，如同图12所示。这个预定时间只是跨压V_AUX的振荡周期T_AUX-CYC的一部分，在图12中，这个预定时间小于跨压V_AUX的振荡周期T_AUX-CYC的二分之一。所以，如同图12明显显示的，第X+1开关周期并非波谷切换。

图12中的第X+2开关周期中，到时窗TW结束时，时间点t_AB-1ST依然没有出现。因此，第X+2开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、306、308、310、315与324。第X+2开关周期的时间点t_END会与时间点t_W-E大约同时，锁定信号S_LOCK为“0”，计数值为0。第X+2开关周期也非波谷切换。

图12中的第X+3开关周期中，时间点t_AB-1ST在时窗TW内出现。因此，第X+3开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、306、308、310、312与314。如同图12所示，第X+3开关周期的时间点t_END会与时间点t_AB-1ST大约同时，锁定信号S_LOCK变成“1”，计数值为1。第X+3开关周期为波谷切换。

图12中的第X+4开关周期中，因为锁定信号S_LOCK为“1”，所以时间点t_END出现在前振荡时间PT_S-VL结束时。第X+4开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、316、318与320。前振荡时间PT_S-VL不会被更新，而振荡时间T_S-VL会跟前振荡时间PT_S-VL一样。锁定信号S_LOCK仍为“1”，计数值成为2。第X+4开关周期为波谷切换。

从第X开关周期到第X+4开关周期的过程中，可以发现，振荡时间T_S-VL是随着开关周期而增加。振荡时间T_S-VL的结束时间点，是从第2信号波谷出现的时间点，渐渐的增加，最后停在第3信号波谷出现的时间点，如同图12所示。关闭时间控制器302强迫振荡时间T_S-VL与前振荡时间PT_S-VL之间的差，小于跨压V_AUX的振荡周期T_AUX-CYC。

图12中的第X+4开关周期之后，前振荡时间PT_S-VL与振荡时间T_S-VL一直维持不变，也大约相等，每个关闭时间T_OFF会依循第11图中的步骤304、305、316、318与320而决定。如同图12中所示，计数值会随着每个开关周期而增加1，直到计数值成为N后，锁定信号S_LOCK才会变更为“0”，从而解除波谷锁定。

请同时参阅图1、图9、图11与图13。图13显示当由低负载转高负载时，一些连续开关周期中的跨压V_AUX，以及一些信号的时序。

如同图13中第Y开关周期中的跨压V_AUX所示，假定在第Y开关周期之前，是处于一稳定状态，关闭时间控制器302稳定的使波谷切换发生于第3信号波谷VL₃出现时。在第Y开关周期中，时间点t_AB-1ST也就是时间点t_END(周期时间T_CYC的结束)，振荡时间T_S-VL将与前振荡时间PT_S-VL相同，锁定信号S_LOCK为“0”，计数值为N。在图11中，第Y开关周期中的关闭时间T_OFF是依循步骤304、305、306、308、310、312与324，这样的步骤流程来决定。

图13中的第Y+1开关周期中，可能因为低负载转高负载，所以时间点t_RELEASE突然被提早到信号波谷VL₁附近，导致到时间点t_AB-1ST出现时，时窗TW尚未没有出现。第Y+1开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、306、308、310、315与324，这样的步骤流程来决定。所以，第Y+1开关周期的时间点t_END会与时间点t_W-S大约同时，锁定信号S_LOCK为“0”，计数值为0。振荡时间T_S-VL，将会比前振荡时间PT_S-VL，少了一预定时间，如同图12所示。这个预定时间只是跨压V_AUX的振荡周期T_AUX-CYC的一部分，在图13中，这个预定时间小于跨压V_AUX的振荡周期T_AUX-CYC的二分之一。图13明显的显示，第Y+1开关周期并非波谷切换。

图13中的第Y+2开关周期中，到时间点t_AB-1ST发生时，时窗TW结束依然没有出现。因此，第Y+2开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、306、308、310、315与324。第Y+2开关周期的时间点t_END会与时间点t_W-S大约同时，锁定信号S_LOCK为“0”，计数值为0。第Y+2开关周期也非波谷切换。

图13中的第Y+3开关周期中，时间点t_AB-1ST在时窗TW内出现。因此，第Y+3开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、306、308、310、312与314。第Y+3开关周期的时间点t_END会与时间点t_AB-1ST大约同时，锁定信号S_LOCK变成“1”，计数值为1。第Y+3开关周期为波谷切换。

图13中的第Y+4开关周期中，因为锁定信号S_LOCK为“1”，所以时间点t_END出现在前振荡时间PT_S-VL结束时。第Y+4开关周期中的关闭时间T_OFF会依循步骤304、305、316、318与320而决定。前振荡时间PT_S-VL不会被更新，而振荡时间T_S-VL会跟前振荡时间PT_S-VL一样。锁定信号S_LOCK仍为“1”，计数值成为2。

从第Y开关周期到第Y+4开关周期的过程中，可以发现，振荡时间T_S-VL是随着开关周期而减少。振荡时间T_S-VL的结束时间点，是从第3信号波谷出现的时间点，渐渐的减少，最后停在第2信号波谷出现的时间点。

图13中的第Y+4开关周期之后，前振荡时间PT_S-VL与振荡时间T_S-VL一直维持不变，每个关闭时间T_OFF会依循图11中的步骤304、305、316、318与320而决定。如同图13中所示，计数值会随着每个开关周期而增加1，直到计数值成为预定的N后，锁定信号S_LOCK才会变更为“0”，解除波谷锁定。

从图11、图12与图13可知，在本发明的一实施例中，一旦进入某一信号波谷的波谷切换后，就会发生波谷锁定。也就是这信号波谷的波谷切换将会持续至少N个开关周期，才可以允许另一信号波谷的波谷切换发生。而且，实施例中也提供了波谷切换的软转换，也就是两个位于不同信号波谷的波谷切换的开关周期之间，会有至少一个不是操作于波谷切换的开关周期。

图14显示公知技术中，振荡时间T_S-VL的一种可能变化。现有技术没有所谓波谷切换的软转换，因此一个开关周期的振荡时间T_S-VL，与另一个开关周期的振荡时间T_S-VL，一定是跨压V_AUX的振荡周期T_AUX-CYC的整数倍，如同图14所示。振荡周期T_AUX-CYC大约就是两个连续信号波谷底部出现的时间差。这样大的振荡时间T_S-VL变化，容易造成整个系统的不稳定，也会造成输出电压V_OUT较大的抖动(ripple)。

而且，现有技术的电源供应器也没有所谓波谷锁定。因此，可能发生如同图14中所显示的情形，随着开关周期的前进，波谷切换在两个信号波谷快速地跳来跳去。

图15显示依据本发明的一实施例中，振荡时间T_S-VL的一种可能变化。图15显示了软转换，所以从第4信号波谷VL₄的波谷切换，变迁到第3信号波谷VL₃的波谷切换的过程中，经历三个非波谷切换的开关周期。图15也显示了波谷锁定的效果，第3信号波谷VL₃的波谷切换一定要经历了至少8个开关周期，才可以到另一个信号波谷的波谷切换前进。从图14与图15比较可知，图15中的振荡时间T_S-VL变化比较平顺，比较不会产生系统不稳定的结果。

图9中的QR控制器300同时有1)遮蔽时间T_BLOCK由负载代表信号V_L-EST所决定；2)波谷切换的软转换；以及3)波谷锁定，这三种技术特点，但本发明不限于此。这三个技术特点可以单独独立实施，或是俩俩互相组合实施。举例来说，一个本发明的实施例可以实施1)遮蔽时间T_BLOCK由负载代表信号V_L-EST所决定；与2)波谷切换的软转换，这两个技术特点，但没有实施波谷锁定。另一个实施例则实施了波谷切换的软转换以及波谷锁定，但遮蔽时间T_BLOCK由补偿信号V_COMP所决定，而非负载代表信号V_L-EST。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所做的同等变化与修饰，皆应属本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种电源控制器，适用于一开关式电源供应器，该开关式电源供应器包含有串联在一起的一电感组件以及一功率开关，用以提供一输出电压予一负载，该电源控制器包含有：

一输出电流估算器，架构来依据一电流检测信号以及该电感组件的一放电时间，以产生一负载代表信号，其中，该电流检测信号代表流经该电感组件的一电感电流；

一遮蔽时间产生器，依据该负载代表信号，提供一遮蔽时间；

一脉冲宽度调制器，提供一脉冲宽度调制信号，用以开关该功率开关，其中，该脉冲宽度调制信号的一脉冲宽度，是由一补偿信号所决定，且该补偿信号受控于该输出电压；以及

一逻辑电路，用以使该脉冲宽度调制信号的一周期时间，不小于该遮蔽时间。

2.如权利要求1所述的电源控制器，其中，该脉冲宽度为该功率开关的一开启时间。

3.如权利要求1所述的电源控制器，其中，该周期时间等于该遮蔽时间。

4.如权利要求1所述的电源控制器，还包含有：

一波谷检测器，耦接至该电感组件，用以检测该电感组件的一跨压，该跨压于该放电时间后，可具有至少一信号波谷，该波谷检测器产生一波谷指示信号，用以指出该至少一信号波谷出现的时间；

其中，该逻辑电路使该周期时间结束于该遮蔽时间后的第一个信号波谷出现时。

5.如权利要求1所述的电源控制器，还包含有：

一频率抖动器，连接至该遮蔽时间产生器，提供一抖动控制信号，用以改变该遮蔽时间；

其中，该抖动控制信号的一变化周期，大于该周期时间。

6.如权利要求1所述的电源控制器，还包含有：

一放电时间检测器，耦接至该电感组件，依据该电感组件之一跨压，来产生一放电时间信号，用以指出该放电时间。

7.如权利要求1所述的电源控制器，其中，该负载代表信号，依据该电流检测信号于该放电时间内的一放电积分结果而产生。

8.如权利要求1所述的电源控制器，其中，该输出电流估算器于该放电时间积分该电流检测信号，并于该周期时间积分一仿真电流信号，并提供一回馈机制，控制该仿真电流信号，以使以上二积分结果相等。

9.一种控制方法，适用于一开关式电源供应器中，该开关式电源供应器包含有一电感组件以及一功率开关，串接在一起，该控制方法包含有：

提供一脉冲宽度调制信号，用以开关该功率开关，该脉冲宽度调制信号具有一脉冲宽度以及一周期时间；

接收一电流检测信号，其代表流经该电感组件的一电感电流；

检测该电感组件，以产生一放电时间信号，用以指示该电感组件的一放电时间；

依据该电流检测信号以及该放电时间，产生一负载代表信号；

依据该负载代表信号，提供一遮蔽信号，其可定义一遮蔽时间；

依据一补偿信号，决定该脉冲宽度，其中，该补偿信号系受控于该开关式电源供应器的输出电压；以及

使该周期时间不小于该遮蔽时间。

10.如权利要求9所述的控制方法，还包含有：

提供一抖动控制信号，用以些许的改变该遮蔽时间；

其中，该抖动控制信号具有一变化周期，其大于该周期时间。

11.如权利要求9所述的控制方法，还包含有：

于该遮蔽时间结束时，结束该周期时间。

12.如权利要求9所述的控制方法，其中，该电感组件可产生一跨压，其于该放电时间后，可具有至少一信号波谷，该控制方法还包含有：

于该遮蔽时间结束后之第一个信号波谷出现时，结束该周期时间。

13.如权利要求9所述的控制方法，其中，该负载代表信号系依据该电流检测信号于该放电时间内的一积分结果而产生。