改善瞬時變化反應的電源供應電路、及其控制電路與方法
2024-02-11 15:54:15
專利名稱：改善瞬時變化反應的電源供應電路、及其控制電路與方法
技術領域：
本發明涉及ー種改善瞬時變化反應的電源供應電路、及其控制電路與方法。
背景技術：
電源供應電路有多種型式，例如降壓型(Buck Converter)、升壓型(BoostConverter)、反壓型(Inverter Converter)、升降壓型(Buck-Boost Converter)、及返馳型(Fly Back Converter)等等。首先以降壓型電源供應電路為例來加以說明，其電路結構大致如圖I所示，降壓型電源供應電路I包含有兩個功率電晶體開關Ql、Q2，受控制電路10所控制；控制電路10根據從輸出端萃取出的反饋電壓訊號FB，產生開關控制訊號控制電晶體Q1、Q2的開與關，以將電能從輸入端IN傳送給輸出端OUT。圖2標出升壓型電源供應電路2，圖3標出反壓型電源供應電路3，圖4標出升降壓型電源供應電路4，圖5標出返馳型電源供應電路5，以上電路雖然電路架構和功率電晶體開關數目有所不同，但均是由控制電路10根據反饋電壓訊號FB，而產生開關控制訊號控制功率電晶體開關。(返馳型電源供應電路5通過光耦合電路19取得反饋電壓訊號FB，其細節已為本技術領域人士所熟知，不予贅述。)上述各種現有技術中，其控制電路10的內部結構大致如圖6，其中由誤差放大器(EA) 12將反饋電壓訊號FB與參考電壓Vref比較後產生誤差放大訊號VEA，並由PWM比較器14將此誤差放大訊號VEA與鋸齒波訊號比較後，產生脈寬調變訊號，再經過驅動電路16產生足夠的驅動電壓準位，以驅動功率電晶體開關Q的柵極。 上述現有技術的缺點是，當輸入電壓例如因供電不穩或其它原因發生瞬時變化吋，整體電路的反應時間不夠迅速；此瞬時變化必須先反應在輸出電壓上，再反饋經過誤差放大器EA 12、PWM比較器14等的延遲後，才反應至功率電晶體開關Q，且功率電晶體開關Q需要經過多個切換周期後，才能將輸出電壓平衡至所要的準位。美國專利第2007/0013354號案中提出一種預測終點的作法，如圖7所示，其在降壓型電源供應電路中，當參考電壓Vref改變時，直接將參考電壓Vref加至誤差放大器EA12的輸出，以提前快速反應，加速電路平衡時間。該案並非針對解決輸入電壓瞬時變化的問題，其目的主要是在參考電壓Vref為可變的電路架構下，針對解決參考電壓Vref變化時的電路反應效率問題，其作法並不能適用在參考電壓Vref不可變的架構下，且該案直接疊加參考電壓Vref的作法僅能運用於降壓型電源供應電路，而不能運用於升壓型、反壓型等其它型式的電源供應電路中。有鑑於此，本發明即針對上述現有技術的不足，提出ー種可改善瞬時變化反應效率的電源供應電路與方法。
發明內容
本發明目的之ー在於提出ー種改善瞬時變化反應的電源供應電路。本發明的又一目的在於提出ー種電源供應電路的控制電路。本發明的再一目的在於提出ー種改善電源供應電路瞬時變化反應的方法。為達上述目的，就其中一個觀點言，本發明提供了ー種改善瞬時變化反應的電源供應電路，包含功率級電路，包含至少ー個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓；誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與ー參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號，該輸入電壓瞬間變化萃取電路包括第一分壓電路，其包括串聯的第一電阻與第二電阻，及與第一電阻並聯的第一電容，該第一電阻的一端與輸入電壓電連接，另一端與該第二電阻的一端電連接，該第二電阻的另一端接地；第二分壓 電路，其包括串聯的第三電阻與第四電阻，及與第四電阻並聯的第二電容，該第三電阻的一端與輸入電壓電連接，另一端與該第四電阻的一端電連接，該第四電阻的另一端接地；以及運算放大器，其輸入端分別與第一電阻和第二電阻的連接節點、及第三電阻和第四電阻的連接節點電連接；脈寬調變(PWM)比較器，其至少根據ー鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及與該瞬間變化量有關的訊號，而產生PWM訊號，以控制功率級電路中的該功率電晶體開關。本發明還提供了ー種改善瞬時變化反應的電源供應電路，包含功率級電路，包含至少ー個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓；誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號；脈寬調變(PWM)比較器，其至少根據ー鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及該與瞬間變化量有關的訊號，而產生PWM訊號，以控制功率級電路中的該功率電晶體開關；其中，還包含輸出電壓反饋電路，產生與輸出電壓有關的第二反饋訊號，且該PWM比較器根據所述鋸齒波訊號、誤差放大訊號、與瞬間變化量有關的訊號、及該第二反饋訊號而產生所述PWM訊號；該第二反饋訊號與誤差放大訊號及該與瞬間變化量有關的訊號之和相加後輸入該脈寬調變比較器。就另ー個觀點言，本發明提供了一種電源供應電路的控制電路，該電源供應電路包括至少ー個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓，所述控制電路包含誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號，該輸入電壓瞬間變化萃取電路包括第一分壓電路，其包括串聯的第一電阻與第二電阻，及與第一電阻並聯的第一電容，該第一電阻的一端與輸入電壓電連接，另一端與該第二電阻的一端電連接，該第二電阻的另一端接地；第二分壓電路，其包括串聯的第三電阻與第四電阻，及與第四電阻並聯的第二電容，該第三電阻的一端與輸入電壓電連接，另一端與該第四電阻的一端電連接，該第四電阻的另一端接地；以及運算放大器，其輸入端分別與第一電阻和第二電阻的連接節點、及第三電阻和第四電阻的連接節點電連接；脈寬調變(PWM)比較器，其至少根據ー鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及該與瞬間變化量有關的訊號，而產生PWM訊號，以控制該電源供應電路中的功率電晶體開關。在其中一種實施例中，該電源供應電路及該控制電路中的輸入電壓瞬間變化萃取電路包括第一分壓電路，其包括串聯的第一電阻與第二電阻，及與第一電阻並聯的第一電容，該第一電阻的一端與輸入電壓電連接，另一端與該第二電阻的一端電連接，該第二電阻的另一端接地；第二分壓電路，其包括串聯的第三電阻與第四電阻，及與第四電阻並聯的第ニ電容，該第三電阻的一端與輸入電壓電連接，另一端與該第四電阻的一端電連接，該第四電阻的另一端接地；以及運算放大器，其輸入端分別與第一電阻和第二電阻的連接節點、及第三電阻和第四電阻的連接節點電連接。就又另ー個觀點言，本發明提供了ー種改善電源供應電路瞬時變化反應的方法，該電源供應電路包括一功率級電路，此功率級電路包含至少ー個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓，所述方法包含將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號，該萃取輸入電壓瞬間變化量的步驟包括保持輸入電壓前一瞬間的第一分壓值；取得輸入電壓目前瞬間的第二分壓值；以及取得第一分壓值和第二分壓值的差值；取得ー鋸齒波訊號；至少根據該鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及與該瞬間 變化量有關的訊號，而產生脈寬調變(PWM)訊號；以及根據該PWM訊號控制功率級電路中的該功率電晶體開關。上述方法中，該萃取輸入電壓瞬間變化的步驟較佳包括保持輸入電壓前一瞬間的第一分壓值；取得輸入電壓目前瞬間的第二分壓值；以及取得第一分壓值和第二分壓值的差值。且該第一分壓值和第二分壓值的差值可乘以ー比例倍數後再輸出。本發明另提供一種電源供應電路的控制電路，該電源供應電路包括至少ー個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓，所述控制電路包含誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號；以及脈寬調變比較器，其至少根據ー鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及與該瞬間變化量有關的訊號，而產生脈寬調變訊號，以控制該電源供應電路中的功率電晶體開關；其中，此控制電路更取得與輸出電壓有關的第二反饋訊號，並將該第二反饋訊號與誤差放大訊號及該與瞬間變化量有關的訊號的和相加後輸入該脈寬調變比較器。本發明再提供一種電源供應電路的控制電路，該電源供應電路包括至少ー個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓，所述控制電路包含誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號；以及脈寬調變比較器，其至少根據ー鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及該與瞬間變化量有關的訊號，而產生脈寬調變訊號，以控制該電源供應電路中的功率電晶體開關；其中，還包含一驅動電路，接收該脈寬調變訊號，並產生對應的電壓準位驅動所述功率電晶體開關。本發明可運用於降壓、升壓、反壓、升降壓、及返馳型電源供應電路中。下面通過具體實施例詳加說明，當更容易了解本發明的目的、技術內容、特點及其所達成的功效。
圖I至圖5分別示出現有技術的降壓型、升壓型、反壓型、升降壓型、及返馳型電源供應電路；圖6標出圖I至圖5電源供應電路中的控制電路的內部電路圖；圖7標出美國專利第2007/0013354號案所提出的電路架構；圖8標出本發明的第一個實施例；圖9A-9G標出功率級28的數個實施例；圖10說明輸入電壓瞬間變化時，PWM訊號如何快速反應；圖11標出輸入電壓瞬間變化萃取電路21的一個實施例；圖12和圖13標出本發明的兩個實施例。 圖中符號說明I 降壓型電源供應電路2 升壓型電源供應電路3 反壓型電源供應電路4 升降壓型電源供應電路5返馳型電源供應電路10控制電路12誤差放大器14 脈寬調變(PWM)比較器16驅動電路19光耦合電路20控制電路21 輸入電壓瞬間變化萃取電路23加法器25運算放大器28功率級29 輸出電壓反饋電路Cl, C2 電容IN 輸入電壓OUT 輸出電壓Q，Q1，Q2功率電晶體R1-R4 電阻
具體實施例方式請參考圖8，其中顯示本發明的第一個實施例。本發明中，通過輸入電壓瞬間變化萃取電路(AV*K)21取得輸入電壓IN的瞬間變化值A V，並轉換為其適當比例(K倍，K可為任何正負實數，其絕對值可大於、等於或小於I)後，直接疊加至誤差放大器EA 22的輸出端，以快速反應輸入電壓的變化。詳言之，如圖8所示，本實施例的改善瞬時變化反應的電源供應電路中包含誤差放大器(EA) 12、脈寬調變比較器14、驅動電路16、輸入電壓瞬間變化萃取電路21、功率級28，其中除功率級28以外的電路構成控制電路20。功率級28通過其內部功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓IN轉換為輸出電壓OUT ;其例如可為(但不限於)圖9A-9G中所顯示的任何形式。當輸入電壓IN無變化吋，輸入電壓瞬間變化萃取電路21的輸出為零，誤差放大器12的輸出VEA直接傳送至脈寬調變比較器14的正輸入端,與鋸齒波訊號相比較，以產生PWM訊號，並通過驅動電路16驅動功率級28中的功率電晶體開關。另ー方面，當輸入電壓發生變化時，輸入電壓瞬間變化萃取電路21即取得輸入電壓IN的瞬間變化值AV，並轉換為K倍，以配合反饋訊號FB、參考訊號Vref和輸出電壓OUT之間的關係，此轉換後的電壓(AV K)與誤差放大訊號VEA相加後,在脈寬調變比較器14中與鋸齒波訊號相比較，以產生PWM訊號。圖中顯示(AVK)與VEA的相加通過加法器23來達成，此加法器23不必須包含任何電路元件，其最簡單形式可僅為ー個節點。以上所述根據輸入電壓瞬間變化的反應操作，舉例而言請參閱圖10，假設功率級28為升壓轉換，且脈寬調變比較器14的輸出訊號原為PWM-1，當輸入電壓IN瞬間下降吋， 因輸入電壓瞬間變化萃取電路21迅速產生(AVK)的輸出併疊加至誤差放大訊號VEA之上，因此脈寬調變比較器14將以VEA+( A V !與鋸齒波訊號相比較，其輸出訊號將迅速改變為PWM-2，以利功率級28加速進行升壓轉換。當輸入電壓IN平衡後，(AVK)即趨於零，而誤差放大訊號VEA也將平衡於新的準位，如圖中虛線所示。輸入電壓瞬間變化萃取電路21有各種實施方式，舉一例請參見圖11，其中由電阻R1、R2和電阻R3、R4所構成的分壓電路分別對輸入電壓IN取分壓，且電阻Rl和電阻R4分別與電容Cl和C2並聯。當輸入電壓發生瞬間變化吋，電容C2上的跨壓將保持為其前一瞬間的電壓，但由於電容Cl的耦合效應，電阻R2上的跨壓將迅速反應為其目前瞬間的電壓，兩者間的差值即為輸入電壓IN變化量AV的比例值，而該比例值可經由運算放大器OP 25運算產生適當的倍率後予以輸出。根據本案發明人的實驗，當輸入電壓IN發生約50微秒的瞬間變化吋，圖6現有技術約需60微秒才能反應到達平衡狀態，但本發明在約10微秒左右即可以提前反應到達平衡狀態。圖12顯示本發明的另ー個實施例。本實施例與圖8實施例的差別在於，圖8實施例為開迴路控制，而本實施例為閉迴路控制。如圖所示，輸出電壓反饋電路29取得與輸出電壓OUT有關的訊號，並反饋與鋸齒波訊號相加，再將其結果輸入脈寬調變比較器14的負輸入端。輸出電壓反饋電路29例如可用電阻分壓電路來達成。圖13顯示本發明的另ー個實施例，本實施例與圖12實施例的差別在於，輸出電壓反饋電路29的輸出是與誤差放大訊號VEA相加。以上圖12和圖13實施例都可達成閉迴路控制的目的，至於其它電路細節則與圖8相似，不與贅述。當然，圖12和圖13實施例中，欲取得適當的結果，輸出電壓反饋電路29的輸出必須取正確的正負號再與其它訊號相加(或相減)。以上已針對較佳實施例來說明本發明，只是以上所述，僅為使本領域技術人員易於了解本發明的內容，並非用來限定本發明的權利範圍。在本發明的相同精神下，本領域技術人員可以思及各種等效變化。例如，各比較器、誤差放大器、運算放大器的輸入端正負可以互換，僅需對應修正後級電路的訊號處理方式即可。又如，在所示直接連接的兩電路単元間，可以插入不影響主要功能的電路。再如，本發明也可適用於參考電壓Vref為可變的電路架構。以上種種，及其它各種等效變化，均應包含在本發明的範圍之內。
權利要求
1.一種改善瞬時變化反應的電源供應電路，其特徵在於，包含 功率級電路，包含至少一個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓； 誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號； 輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號； 脈寬調變比較器，其至少根據一鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及該與瞬間變化量有關的訊號，而產生脈寬調變訊號，以控制功率級電路中的該功率電晶體開關；其中，還包含輸出電壓反饋電路，產生與輸出電壓有關的第二反饋訊號，且該脈寬調變比較器根據所述鋸齒波訊號、誤差放大訊號、與瞬間變化量有關的訊號、及該第二反饋訊號而產生所述脈寬調變訊號； 該第二反饋訊號與誤差放大訊號及該與瞬間變化量有關的訊號之和相加後輸入該脈寬調變比較器。
2.如權利要求I所述的改善瞬時變化反應的電源供應電路，其中，該第二反饋訊號與該鋸齒波訊號相加後輸入該脈寬調變比較器。
3.如權利要求I所述的改善瞬時變化反應的電源供應電路，其中，還包含一驅動電路，接收該脈寬調變訊號，並產生對應的電壓準位驅動所述功率電晶體開關。
4.一種電源供應電路的控制電路，該電源供應電路包括至少一個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓，其特徵在於，所述控制電路包含 誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號； 輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號；以及 脈寬調變比較器，其至少根據一鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及該與瞬間變化量有關的訊號，而產生脈寬調變訊號，以控制該電源供應電路中的功率電晶體開關； 其中，此控制電路更取得與輸出電壓有關的第二反饋訊號，並將該第二反饋訊號與與誤差放大訊號及該與瞬間變化量有關的訊號的和相加後輸入該脈寬調變比較器。
5.一種電源供應電路的控制電路，該電源供應電路包括至少一個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓，其特徵在於，所述控制電路包含 誤差放大器，將與輸出電壓有關的第一反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號； 輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化量並產生與該瞬間變化量有關的訊號；以及 脈寬調變比較器，其至少根據一鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及該與瞬間變化量有關的訊號，而產生脈寬調變訊號，以控制該電源供應電路中的功率電晶體開關； 其中，還包含一驅動電路，接收該脈寬調變訊號，並產生對應的電壓準位驅動所述功率晶體 管開關。
全文摘要
本發明涉及一種改善瞬時變化反應的電源供應電路、及其控制電路與方法，該改善瞬時變化反應的電源供應電路包含功率級電路，包含至少一個功率電晶體開關，通過該功率電晶體開關的切換，而將輸入電壓轉換為輸出電壓；誤差放大器，將與輸出電壓有關的反饋訊號與一參考訊號相比較，產生誤差放大訊號；輸入電壓瞬間變化萃取電路，其萃取輸入電壓瞬間變化並產生與該瞬間變化量有關的訊號；以及脈寬調變(PWM)比較器，其至少根據一鋸齒波訊號、該誤差放大訊號、及與該瞬間變化量有關的訊號，而產生脈寬調變訊號，以控制功率級電路中的該功率電晶體開關。
文檔編號H02M3/156GK102761256SQ20121021384
公開日2012年10月31日 申請日期2009年3月17日 優先權日2009年3月17日
發明者林水木, 詹爵魁 申請人:立錡科技股份有限公司