本發(fā)明涉及電源轉(zhuǎn)換技術(shù)，特別是涉及一種交錯式降壓轉(zhuǎn)換器。

背景技術(shù)：

一個現(xiàn)有的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器通過控制其兩個開關(guān)中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換來進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)換。這些開關(guān)具有相同的切換周期及相同的工作比，且從其中一個開關(guān)切換為導(dǎo)通到其中另一個開關(guān)切換為不導(dǎo)通的時間延遲等于這些開關(guān)的切換周期的一半。這些開關(guān)在其工作比大于50％時，都能以零電壓切換方式切換為導(dǎo)通，而在其工作比小于50％時，都不能以零電壓切換方式切換為導(dǎo)通。因此，現(xiàn)有的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器在這些開關(guān)的工作比小時有轉(zhuǎn)換效率相對較低的缺點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可以改善背景技術(shù)缺點(diǎn)的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器包含一個第一開關(guān)、一個第二開關(guān)、一個第三開關(guān)、一個第四開關(guān)、一個第一電感、一個第二電感、一個第三電感、一個輸出電容及一個控制器。該第一開關(guān)具有一個適用于接收一個輸入電壓的第一端、一個第二端及一個控制端。該第二開關(guān)具有一個耦接到該第一開關(guān)的該第一端的第一端、一個第二端及一個控制端。該第三開關(guān)具有一個耦接到該第一開關(guān)的該第二端的第一端，及一個耦接到一個參考節(jié)點(diǎn)的第二端。該第四開關(guān)具有一個耦接到該第二開關(guān)的該第二端的第一端，及一個耦接到該參考節(jié)點(diǎn)的第二端。該第一電感具有一個耦接到該第一開關(guān)的該第二端的第一端，及一個適用于提供一個輸出電壓的第二端。該第二電感耦接在該第二開關(guān)的該第二端及該第一電感的該第二端間。該第三電感耦接在該第一開關(guān)的該第二端及該第二開關(guān)的該第二端間。該輸出電容耦接在該第一電感的該第二端及該參考節(jié)點(diǎn)間。該控制器耦接到該第一開關(guān)的該控制 端及該第二開關(guān)的該控制端，且控制該第一開關(guān)及該第二開關(guān)中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換，使得該第一開關(guān)及該第二開關(guān)具有相同的切換周期及相同的導(dǎo)通時段，且一個從該第一開關(guān)切換為導(dǎo)通到該第二開關(guān)切換為導(dǎo)通的時間延遲等于該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該導(dǎo)通時段減去一個預(yù)設(shè)時段。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，該控制器還電連接到該第一電感的該第二端以接收該輸出電壓，且根據(jù)該輸出電壓控制該第一開關(guān)及該第二開關(guān)中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換，使得該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該切換周期及該導(dǎo)通時段中的至少一個是可變的。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，當(dāng)該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的一個工作比大于一個預(yù)設(shè)值時，該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該切換周期是可變的，而當(dāng)該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該工作比小于該預(yù)設(shè)值時，該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該導(dǎo)通時段是可變的。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，該控制器使用比例積分微分控制技術(shù)來根據(jù)該輸出電壓控制該第一開關(guān)及該第二開關(guān)中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，該第一開關(guān)及該第二開關(guān)中的每一個是一個N型金氧半場效電晶體。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，該N型金氧半場效電晶體具有一個充當(dāng)相對應(yīng)開關(guān)的該第一端的漏極、一個充當(dāng)相對應(yīng)開關(guān)的該第二端的源極，及一個充當(dāng)相對應(yīng)開關(guān)的該控制端的柵極。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，該第三開關(guān)及該第四開關(guān)中的每一個是一個二極管。

本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器中，該二極管具有一個充當(dāng)相對應(yīng)開關(guān)的該第一端的陰極，及一個充當(dāng)相對應(yīng)開關(guān)的該第二端的陽極。

本發(fā)明的有益效果在于：通過讓從該第一開關(guān)切換為導(dǎo)通到該第二開關(guān)切換為導(dǎo)通的該時間延遲等于該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該導(dǎo)通時段減去該預(yù)設(shè)時段，可以使得該交錯式降壓轉(zhuǎn)換器在該第一開關(guān)及該第二開關(guān)的該工作比小時具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率。

附圖說明

圖1是一個電路方塊圖，說明本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器的實(shí)施例；

圖2是一個時序圖，說明實(shí)施例的一個用于控制一個第一開關(guān)的第一控制信號及一個用于控制一個第二開關(guān)的第二控制信號在第一開關(guān)及第二開關(guān)的一個工作比為30％時的情況；

圖3是一個時序圖，說明實(shí)施例的第一控制信號及第二控制信號在第一開關(guān)及第二開關(guān)的工作比為50％時的情況；

圖4是一個時序圖，說明實(shí)施例的第一控制信號及第二控制信號在第一開關(guān)及第二開關(guān)的工作比為62.5％時的情況；

圖5是一個時序圖，說明實(shí)施例的操作；

圖6至圖14是等效電路圖，分別說明實(shí)施例操作在第一模式至第九模式時的情況。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

參閱圖1，本發(fā)明交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1的實(shí)施例適用于接收一個來自一個電壓源2的輸入電壓Vin，將輸入電壓Vin轉(zhuǎn)換成一個小于輸入電壓Vin的輸出電壓Vout，且適用于將輸出電壓Vout輸出到一個負(fù)載3。

本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1包括一個第一開關(guān)11、一個第二開關(guān)12、一個第三開關(guān)13、一個第四開關(guān)14、一個第一電感15、一個第二電感16、一個第三電感17、一個輸出電容18及一個控制器19。

第一開關(guān)11具有一個適用于耦接到電壓源2以接收輸入電壓Vin的第一端、一個第二端及一個控制端。在本實(shí)施例中，第一開關(guān)11是一個N型金氧半場效電晶體，且此N型金氧半場效電晶體具有一個充當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)11的第一端的漏極、一個充當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)11的第二端的源極，及一個充當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)11的控制端的柵極。

第二開關(guān)12具有一個耦接到第一開關(guān)11的第一端的第一端、一個第二端及一個控制端。在本實(shí)施例中，第二開關(guān)12是一個N型金氧半場效電晶體，且此N型金氧半場效電晶體具有一個充當(dāng)?shù)诙_關(guān)12的第一端的漏極、一個充當(dāng)?shù)诙_關(guān)12的第二端的源極，及一個充當(dāng)?shù)诙_關(guān)12的控制端的柵極。

第三開關(guān)13具有一個耦接到第一開關(guān)11的第二端的第一端，及一個耦接到一個參考節(jié)點(diǎn)4(例如地)的第二端。在本實(shí)施例中，第 三開關(guān)13是一個二極管，且此二極管具有一個充當(dāng)?shù)谌_關(guān)13的第一端的陰極，及一個充當(dāng)?shù)谌_關(guān)13的第二端的陽極。

第四開關(guān)14具有一個耦接到第二開關(guān)12的第二端的第一端，及一個耦接到參考節(jié)點(diǎn)4的第二端。在本實(shí)施例中，第四開關(guān)14是一個二極管，且此二極管具有一個充當(dāng)?shù)谒拈_關(guān)14的第一端的陰極，及一個充當(dāng)?shù)谒拈_關(guān)14的第二端的陽極。

第一開關(guān)11、第二開關(guān)12、第三開關(guān)13及第四開關(guān)14中的每一個可以在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間切換。

第一電感15具有一個耦接到第一開關(guān)11的第二端的第一端，及一個適用于耦接到負(fù)載3以提供輸出電壓Vout的第二端。第二電感16耦接在第二開關(guān)12的第二端及第一電感15的第二端間。第三電感17耦接在第一開關(guān)11的第二端及第二開關(guān)12的第二端間。輸出電容18耦接在第一電感15的第二端及參考節(jié)點(diǎn)4間。

參閱圖1至圖4，控制器19耦接到第一電感15的第二端以接收輸出電壓Vout，還耦接到第一開關(guān)11的控制端及第二開關(guān)12的控制端，且根據(jù)輸出電壓Vout產(chǎn)生分別給第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的一個第一控制信號Vgs1及一個第二控制信號Vgs2，來控制第一開關(guān)11及第二開關(guān)12中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換，以穩(wěn)定輸出電壓Vout在一個預(yù)設(shè)目標(biāo)值。在控制器19的控制下，第一開關(guān)11及第二開關(guān)12具有相同的切換周期(其長度為Tsw)及相同的導(dǎo)通時段(其長度為Ton)，一個從第一開關(guān)11切換為導(dǎo)通到第二開關(guān)12切換為導(dǎo)通的時間延遲(其長度為Td)等于第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的導(dǎo)通時段減去一個預(yù)設(shè)時段(其長度為Tp)(即Td＝Ton-Tp)，且第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的切換周期及導(dǎo)通時段中的至少一個是可變的。換句話說，第一開關(guān)11及第二開關(guān)12具有相同的工作比(即Ton/Tsw×100％)，且第一開關(guān)11及第二開關(guān)12在其切換周期中至少同時導(dǎo)通預(yù)設(shè)時段。在本實(shí)施例中，控制器19使用比例積分微分(proportional-integral-derivative，PID)控制技術(shù)來根據(jù)輸出電壓Vout控制第一開關(guān)11及第二開關(guān)12中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換；且在控制器19的控制下，如圖3及圖4所示，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)11及第二開關(guān)12的工作比大于一個預(yù)設(shè)值(例如50％)時，第 一開關(guān)11及第二開關(guān)12的切換周期是可變的，而如圖2及圖3所示，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)11及第二開關(guān)12的工作比小于預(yù)設(shè)值(也就是50％)時，第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的導(dǎo)通時段是可變的。

參閱圖5至圖14，當(dāng)?shù)谝婚_關(guān)11及第二開關(guān)12的工作比小于50％×(1+Tp/Tsw)時，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1循環(huán)地操作在第一模式至第九模式。在圖6至圖14中，第一開關(guān)11及第二開關(guān)12中的每一個的一個本質(zhì)二極管111、121及一個寄生電容112、122被畫出，控制器19沒被畫出，且導(dǎo)通的元件以實(shí)線畫出，而不導(dǎo)通的元件以虛線畫出。圖5畫出第一控制信號Vgs1、第一開關(guān)11的跨壓Vds1、流經(jīng)第一電感15的電流IL1、流經(jīng)第一開關(guān)11、其本質(zhì)二極管111或其寄生電容112的電流IQ1、流經(jīng)第三開關(guān)13的電流ID1、流經(jīng)第三電感17的電流IL3、第二控制信號Vgs2、第二開關(guān)12的跨壓Vds2、流經(jīng)第二電感16的電流IL2、流經(jīng)第二開關(guān)12、其本質(zhì)二極管121或其寄生電容122的電流IQ2及流經(jīng)第四開關(guān)14的電流ID2中的每一個對時間t的關(guān)系。需注意的是，在圖5中，電流IL1、IQ1、ID1、IL3、IL2、IQ2、ID2中的每一個的波形同時傳達(dá)了關(guān)于此電流的大小及方向的資訊(也就是此電流的正值及負(fù)值指示此電流的相反方向)，而在圖6至圖14中，電流IL1、IQ1、ID1、IL3、IL2、IQ2、ID2中的每一個的方向由一個相對應(yīng)的箭頭表示。

參閱圖5與圖6，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t0到時點(diǎn)t1期間操作在第一模式。在第一模式中，第一開關(guān)11不導(dǎo)通，且第二開關(guān)12導(dǎo)通。第三開關(guān)13切換為導(dǎo)通，使得第一開關(guān)11的跨壓Vds1維持在Vin。第四開關(guān)14不導(dǎo)通。第二開關(guān)12的跨壓Vds2為零。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸下降。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小從等于流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸下降到零，然后其方向反轉(zhuǎn)且其大小從零逐漸上升到等于流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小。圖6只畫出流經(jīng)第三電感17的電流IL3的方向反轉(zhuǎn)后的情況。

參閱圖5與圖7，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t1到時點(diǎn)t2期間操作在第二模式。在第二模式中，第一開關(guān)11維持在不導(dǎo)通，且第二開關(guān)12維持在導(dǎo)通。第三開關(guān)13切換為不導(dǎo)通。第四開 關(guān)14維持在不導(dǎo)通。第一開關(guān)11的寄生電容112及第三電感17諧振，使得第一開關(guān)11的跨壓Vds1從Vin下降到零。第二開關(guān)12的跨壓Vds2維持在零。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小逐漸上升。

參閱圖5與圖8，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t2到時點(diǎn)t3期間操作在第三模式。在第三模式中，第一開關(guān)11維持在不導(dǎo)通，且第二開關(guān)12維持在導(dǎo)通。第三開關(guān)13維持在不導(dǎo)通。第四開關(guān)14維持在不導(dǎo)通。第一開關(guān)11的本質(zhì)二極管111導(dǎo)通，使得第一開關(guān)11的跨壓Vds1維持在零。第二開關(guān)12的跨壓Vds2維持在零。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流的大小不變。

參閱圖5與圖9，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t3到時點(diǎn)t4期間操作在第四模式。在第四模式中，第一開關(guān)11維持在不導(dǎo)通，且第二開關(guān)12切換為不導(dǎo)通。第三開關(guān)13維持在不導(dǎo)通。第四開關(guān)14維持在不導(dǎo)通。第一開關(guān)11的本質(zhì)二極管111導(dǎo)通，使得第一開關(guān)11的跨壓Vds1維持在零。第二開關(guān)12的寄生電容122被充電，使得第二開關(guān)12的跨壓Vds2從零上升到Vin。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小逐漸下降至小于流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小。

參閱圖5與圖10，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t4到時點(diǎn)t5期間操作在第五模式。在第五模式中，第一開關(guān)11維持在不導(dǎo)通，且第二開關(guān)12維持在不導(dǎo)通。第三開關(guān)13切換為導(dǎo)通，使得第一開關(guān)11的跨壓Vds1從零上升到Vin。第四開關(guān)14切換為導(dǎo)通，使得第二開關(guān)12的跨壓Vds2維持在Vin。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸下降至等于流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸下降。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小不變。

參閱圖5與圖11，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t5到時點(diǎn)t6期間操作在第六模式。在第六模式中，第一開關(guān)11切換為導(dǎo) 通，且第二開關(guān)12維持在不導(dǎo)通。第三開關(guān)13切換為不導(dǎo)通。第四開關(guān)14維持在導(dǎo)通，使得第二開關(guān)12的跨壓Vds2維持在Vin。第一開關(guān)11的跨壓Vds1從Vin下降到零。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸下降。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小從等于流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸下降到零，然后其方向反轉(zhuǎn)且其大小從零逐漸上升到等于流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小。圖11只畫出流經(jīng)第三電感17的電流IL3的方向反轉(zhuǎn)后的情況。

參閱圖5與圖12，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t6到時點(diǎn)t7期間操作在第七模式。在第七模式中，第一開關(guān)11維持在導(dǎo)通，且第二開關(guān)12維持在不導(dǎo)通。第三開關(guān)13維持在不導(dǎo)通。第四開關(guān)14切換為不導(dǎo)通。第一開關(guān)11的跨壓Vds1維持在零。第二開關(guān)12的寄生電容122及第三電感17諧振，使得第二開關(guān)12的跨壓Vds2從Vin下降到零。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小逐漸上升。

參閱圖5與圖13，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t7到時點(diǎn)t8期間操作在第八模式。在第八模式中，第一開關(guān)11維持在導(dǎo)通，且第二開關(guān)12先維持在不導(dǎo)通，然后切換為導(dǎo)通。第三開關(guān)13維持在不導(dǎo)通。第四開關(guān)14維持在不導(dǎo)通。第一開關(guān)11的跨壓Vds1維持在零。第二開關(guān)12的本質(zhì)二極管121導(dǎo)通，使得第二開關(guān)12的跨壓Vds2維持在零，且第二開關(guān)12以零電壓切換方式切換為導(dǎo)通。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小不變。

參閱圖5與圖14，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在時點(diǎn)t8到時點(diǎn)t9期間操作在第九模式。在第九模式中，第一開關(guān)11切換為不導(dǎo)通，且第二開關(guān)12維持在導(dǎo)通。第三開關(guān)13維持在不導(dǎo)通。第四開關(guān)14維持在不導(dǎo)通。第一開關(guān)11的寄生電容112被充電，使得第一開關(guān)11的跨壓Vds1從零上升到Vin。第二開關(guān)12的本質(zhì)二極管121導(dǎo)通，使得第二開關(guān)12的跨壓Vds2維持在零。流經(jīng)第一電感15的電流IL1的大小逐漸上升。流經(jīng)第二電感16的電流IL2的大小逐 漸上升。流經(jīng)第三電感17的電流IL3的大小逐漸下降。

參閱圖1，值得注意的是，本領(lǐng)域中具有通常知識者可以由上述內(nèi)容推知，在第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的工作比大于50％×(1+Tp/Tsw)時，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1的操作，及第一開關(guān)11與第二開關(guān)12都能以零電壓切換方式切換為導(dǎo)通，因此將不多加說明。

綜上所述，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1通過讓從第一開關(guān)11切換為導(dǎo)通到第二開關(guān)12切換為導(dǎo)通的時間延遲等于第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的導(dǎo)通時段減去預(yù)設(shè)時段，可以使得在第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的工作比小于50％×(1+Tp/Tsw)時，第二開關(guān)12能以零電壓切換方式切換為導(dǎo)通。所以，本實(shí)施例的交錯式降壓轉(zhuǎn)換器1在第一開關(guān)11及第二開關(guān)12的工作比小時具有相對較高的轉(zhuǎn)換效率。

值得注意的是，在其它實(shí)施例中，第三開關(guān)13及第四開關(guān)14中的每一個可以是一個N型金氧半場效電晶體。此時，控制器19還耦接到第三開關(guān)13及第四開關(guān)14，且控制第三開關(guān)13及第四開關(guān)14中的每一個在導(dǎo)通與不導(dǎo)通間的切換。