專利名稱：電源轉換器控制電路及控制方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電源轉換器(Power Converter)，且特別涉及一種電源轉換器的 控制電路及其控制方法。
背景技術：
隨著半導體科技的快速演進，使得例如電腦及其周邊數(shù)字產(chǎn)品等也日益地更 新。在電腦及其周邊數(shù)字產(chǎn)品的應用集成電路antegrated Circuit，簡稱IC)中，由于 半導體工藝的快速變化，造成集成電路電源的更多樣化需求，以致應用如升壓器(Boost Converter)、降壓器(Buck Converter)等各種不同電源轉換器所組合的脈寬調(diào)變穩(wěn)壓器， 來達成各種集成電路的不同電源需求，也成為能否提供多樣化數(shù)字產(chǎn)品的極重要因素之
ο電源轉換器正常工作時，其輸出電壓應盡可能地維持穩(wěn)定，使不致隨著負載的變 化而升降。然而，當電源轉換器所輸出的抽載型態(tài)為瞬間步階變化時，由于轉換器的電感電 流無法瞬間變化，于是轉換器所輸出的電流有一大部分會經(jīng)由輸出電容來提供，導致輸出 電壓的急速上升或下降。為此，近期己有如"Z. Zhao,A. Prodic,Continuous-time digital controller for high-frequency DC-DC converters, IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, March 2008，，與， . Meyer, Z. Zhang, Y.-F. Liu, An optimal control method for buck converters using a practical capacitor charge balance technique,IEEE TRANSACTIONS ON POWER ELECTRONICS, JULY2008”等文獻提出利用非線性的控制法，作者將其命名為時間最佳化控 制(Time-Optimal Control，簡稱T0C)法，以在發(fā)生瞬間步階變化的抽載型態(tài)時，將功率開 關完全導通或完全打開一段時間，期望讓電感電流與輸出電壓在TOC的期間過后，皆能達 到符合輸出規(guī)格的穩(wěn)態(tài)。另夕卜，如“A. Costabeber, L. Corradini, P. Mattavelli, S. Saggini, Time optimal， parameters-insensitive digital controller for DC-DC buck converter, PESC,2008" 的文獻，則提出兩種適用于降壓轉換器的時間最佳化控制方法，其一稱為根據(jù)時間的時間 最佳化控制(Time-Based T0C)法，其二稱為根據(jù)電壓的時間最佳化控制(Voltage-Based T0C)法。兩種控制法在降壓轉換器的負載增載時，均是參考

圖1的電壓電流波形示意圖，來 作為其控制的理論基礎，說明如后。根據(jù)時間的時間最佳化控制(Time-Based T0C)法，是在檢測到轉換器的輸出電壓 V0的變化超過預設值AVth，亦即圖中的、時啟動，并檢測轉換器的輸出電壓V。的最低點 Vvalley,令此一段時間為T1，再根據(jù)電荷平衡的原理，Q0、Q1為輸出電容所失去的電壓，Q2、Q3 為輸出電容所得到的電壓，若使Q0+Q1 = Q2+Q3，則可以期待V。將會回到原來的值，以計算 出功率開關完全導通的時間I\+T2及功率開關完全打開的時間Τ3。其相關計算式如下
權利要求
1.一種電源轉換器控制電路，適用于產(chǎn)生穩(wěn)壓控制信號，以控制具有電感與輸出電容 的同步整流降壓轉換器的功率開關的啟閉，包括差值產(chǎn)生電路，用以接收所述同步整流降壓轉換器的輸出電壓與參考電壓，以取得所 述輸出電壓與所述參考電壓間的電壓差值；脈寬調(diào)變電路，用以根據(jù)所述電壓差值而產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號；時間最佳化控制電路，用以檢測所述輸出電壓的變化，且當所述輸出電壓的變化超過 預設值時，產(chǎn)生時間最佳化控制信號與選擇信號，所述時間最佳化控制信號是依據(jù)檢測到 所述輸出電壓的變化超過所述預設值時的電壓變化率，來估算出自檢測到所述輸出電壓的 變化超過所述預設值時起，以至所述電感電流上升至與所述同步整流降壓轉換器的輸出電 流相同為止的時間區(qū)間T1，再依據(jù)時間區(qū)間T1來計算時間區(qū)間T2與τ3，以使所述時間最佳 化控制信號在T1與T2時間區(qū)間維持在一準位，且在T3時間區(qū)間維持在另一準位，并于1\、 T2與T3時間區(qū)間產(chǎn)生所述選擇信號；以及多工器，用以依據(jù)所述選擇信號，來選擇將所述脈寬調(diào)變信號或所述時間最佳化控制 信號輸出為所述穩(wěn)壓控制信號。
2.如權利要求1所述的電源轉換器控制電路，其中時間區(qū)間T1是依下式計算而得
3.如權利要求2所述的電源轉換器控制電路，其中時間區(qū)間T2與T3是依下式計算而得
4.如權利要求1所述的電源轉換器控制電路，其中所述時間最佳化控制電路包括第一比較器，用以檢測所述輸出電壓突升的變化，且當所述輸出電壓突升超過所述預設值時，輸出電壓突升信號；第二比較器，用以檢測所述輸出電壓突降的變化，且當所述輸出電壓突降超過所述預 設值時，輸出電壓突降信號；以及控制器，用以依據(jù)所述電壓突升信號與所述電壓突降信號，來產(chǎn)生所述時間最佳化控 制信號與所述選擇信號。
5.如權利要求1所述的電源轉換器控制電路，其中所述脈寬調(diào)變電路包括補償器，用以參考所述電壓差值而產(chǎn)生脈寬控制信號；以及脈寬調(diào)變器，用以接受脈寬控制信號的控制而產(chǎn)生所述脈寬調(diào)變信號。
6.一種電源轉換器控制電路的控制方法，適用于產(chǎn)生穩(wěn)壓控制信號，以控制具有電感 與輸出電容的同步整流降壓轉換器的功率開關的啟閉，包括取得所述同步整流降壓轉換器的輸出電壓與參考電壓間的電壓差值；參考所述電壓差值而產(chǎn)生脈寬調(diào)變信號；檢測所述輸出電壓的變化，且當所述輸出電壓的變化超過預設值時，產(chǎn)生時間最佳化 控制信號與選擇信號，所述時間最佳化控制信號是依據(jù)檢測到所述輸出電壓的變化超過所 述預設值時的電壓變化率，來估算出自檢測到所述輸出電壓的變化超過所述預設值時起， 以至所述電感電流上升至與所述同步整流降壓轉換器的輸出電流相同為止的時間區(qū)間T1, 再依據(jù)時間區(qū)間T1來計算時間區(qū)間T2與T3，以使所述時間最佳化控制信號在T1與T2時間 區(qū)間維持在一準位，且在T3時間區(qū)間維持在另一準位，并于1\、T2與T3時間區(qū)間產(chǎn)生所述 選擇信號；以及依據(jù)所述選擇信號，來選擇將所述脈寬調(diào)變信號或所述時間最佳化控制信號輸出為所 述穩(wěn)壓控制信號。
7.如權利要求6所述的控制方法，其中時間區(qū)間T1是依下式計算而得
8.如權利要求7所述的控制方法，其中時間區(qū)間T2與T3是依下式計算而得 AVc0= AVth-AI0-Rc
9.如權利要求6所述的控制方法，其中檢測所述輸出電壓的變化，以產(chǎn)生所述時間最 佳化控制信號與所述選擇信號的步驟還包括檢測所述輸出電壓突升的變化，且當所述輸出電壓突升超過所述預設值時，輸出電壓 突升信號；檢測所述輸出電壓突降的變化，且當所述輸出電壓突降超過所述預設值時，輸出電壓 突降信號；以及依據(jù)所述電壓突升信號與所述電壓突降信號，來產(chǎn)生所述時間最佳化控制信號與所述 選擇信號。
全文摘要
一種電源轉換器控制電路及其控制方法，系檢測轉換器的輸出電壓的變化，并于輸出電壓的變化超過預設值時，啟動時間最佳化控制功能，以依據(jù)檢測到輸出電壓的變化超過預設值時的電壓變化率，來估算出自檢測到輸出電壓的變化超過預設值時起，以至電感電流上升至與轉換器的輸出電流相同為止的時間區(qū)間T1，再依據(jù)時間區(qū)間T1來計算時間區(qū)間T2與T3。由于估算過程已將轉換器的輸出電容的寄生電阻納入考量，因此，即使在輸出電容具有較大的寄生電阻值時，依然能夠使輸出電壓準確地回到穩(wěn)態(tài)值，以避免發(fā)生反復觸發(fā)時間最佳化控制的情況。
文檔編號H02M3/155GK102082508SQ200910224939
公開日2011年6月1日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權日2009年11月26日
發(fā)明者張煒旭, 邱博義, 陳德玉 申請人:立锜科技股份有限公司