CN101826798B - 电源转换装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种电源转换装置，其通过一变压器接收一输入电压，并转换输入电压而产生一输出电压；一开关耦接变压器，以控制变压器电流；一感测电路耦接开关，并侦测开关的一电流而产生一感测讯号；一回授电路耦接变压器，并依据输出电压而产生一回授讯号；一控制电路耦接开关、感测电阻与回授电路，并相除感测讯号与回授讯号，以决定切换讯号的一工作周期，而产生切换讯号，切换讯号用以控制开关进而控制变压器电流。如此，可有效数字化电源转换装置，进而降低转换装置的复杂度，并可增加转换装置的稳定性。

Description

电源转换装置

技术领域

本发明是有关于一种转换装置，其系尤指一种可数字化与增加稳定性的电源转换装置。

背景技术

现今直流对直流转换装置随着其能力及使用的持续扩展而在现今社会日益普及。直流对直流转换装置被典型地用于将一个直流电压准位转换为另一期望的直流电压位准。直流对直流转换装置可广泛地用于多种环境。其中一种转换装置的开关切换周期不固定，即通常所说的脉冲频率调变(Pulse FrequencyModulation，PFM)转换装置。另一种转换装置被称为定频转换装置，即通常所说的脉冲宽度调变(Pulse Width Modulation，PWM)转换装置。PWM转换装置通常分为两类，即电压模式转换装置和电流模式转换装置。

电压模式转换装置包括一个控制回路，其包含一误差放大器、一PWM比较器与一个或多个驱动单元。该电压模式转换装置的输出电压透过该误差放大器与参考电压相比较，以调整输出电压。该PWM比较器接收该误差放大器的输出作为其第一输入，并且从外部装置接收锯齿或三角波信号作为其第二输入。该PWM比较器的输出为PWM信号，其被该驱动单元放大，且该驱动单元将依据PWM信号驱动开关。这种转换装置的优点在于架构简单。其主要缺点是由于该误差放大器需要较大的电容补偿，导致精确度低及对瞬时负载的响应慢。

电压模式转换装置的控制电路只把输出端的输出电压回授至控制电路，再由控制电路输出脉波宽度调整讯号，以调整输出电压。但此种模式反应速度较慢，当负载变化的时候，系统需要较长的时间才能稳定。所以，另一种电流模式转换装置的控制方式可以解决上述的问题。请参阅图1，为现有技术的直流对直流转换装置。如图所示，现有技术的直流对直流转换装置包含一变压器10’、一开关20’、一感测电阻30’、一第一电阻40’、一第二电阻42’、一误差放大器50’、一比较器60’与一正反器70’。变压器10’是接收一输入电压，并转换输入电压而产生一输出电压，开关20’是耦接变压器10’，感测电阻30’耦接开关20’，以感测流经开关20’的电流，而产生一感测讯号，第一电阻40’与第二电阻42’串联，并耦接于变压器10’的输出端，且依据输出电压而产生一分压讯号，误差放大器50’是接收分压讯号，而依据分压讯号与一参考讯号，而产生一回授讯号，比较器60’是比较回授讯号与感测讯号，而产生一比较讯号，正反器70’耦接比较器60’，并依据一频率讯号与比较讯号而产生一切换讯号，且传送切换讯号至开关20’，以控制开关切换变压器10’。另外，此误差放大器50’为集总名称，常包含光耦合器与放大器等组件，用于隔离一二次侧与放大误差。

承上所述，请一并参阅图2，为图1的直流对直流转换装置的时序图。如图所示，由于正反器70’所接收的频率讯号会使正反器70’输出的切换讯号为高准位，而使开关20’导通，此时变压器10’的一变压器100’的一次侧电流会流过开关20’，此电流会流过感测电阻30’而产生感测讯号。另外，误差放大器50’输出的回授讯号为缓慢变化的讯号，比较器60’是比较感测讯号与回授讯号，当感测讯号大于回授讯号时，则比较器60’输出的比较讯号为高准位，使重置正反器70’以截止开关20’。若负载的电流变大使输出电压较小，或流经开关20’的电流较小，都会使导通开关20’的工作周期变大，而使输出电压调整回期望值。

然而，上述的直流对直流转换装置的架构并无法数字化，并且是采用电流峰值的方式，而会有稳定性的问题，且对系统噪声很敏感。因此，如何针对上述问题而提出一种新颖电源转换装置，其可数字化电源转换装置，并可增加其稳定性，使可解决上述的问题。

发明内容

本发明的目的之一，在于提供一种电源转换装置，其可有效数字化电源转换装置，进而降低转换装置的复杂度。

本发明的目的之一，在于提供一种电源转换装置，其通过一控制电路依据一感测讯号与一回授讯号而产生一切换讯号，以控制一开关进而控制一变压器电流，以增加转换装置的稳定性。

为了达到上述的目的，本发明是一种电源转换装置，其包含：

一变压器，接收一输入电压，并转换该输入电压而产生一输出电压；

一开关，耦接该变压器，以切换该变压器；

一感测电路，耦接该开关，并侦测该开关的一电流而产生一感测讯号；

一回授电路，耦接该变压器，并依据该输出电压而产生一回授讯号；以及

一控制电路，耦接该开关、该感测电阻与该回授电路，并相除该感测讯号与该回授讯号，以决定一切换讯号的一工作周期，而产生该切换讯号，该切换讯号用以控制该开关切换该变压器。

本发明中，其中该控制电路更依据一比例参数，以决定该切换讯号的该工作周期。

本发明中，其中该控制电路包含：

一运算单元，接收该感测讯号与该回授讯号，并将该回授讯号除以该感测讯号，以决定该切换讯号的工作周期，而产生该切换讯号。

本发明中，其中该控制电路更包含：

一定时器，耦接该运算单元，并依据该工作周期而进行计时，而产生一控制讯号；以及

一驱动单元，耦接该定时器，并依据该控制讯号而产生该切换讯号，且传送该切换讯号至该开关，以驱动该开关。

本发明中，其中该控制电路更包含：

一模拟数字转换单元，接收该感测讯号，并转换该感测讯号；以及

一取样保持单元，耦接该模拟数字转换单元，并接收该模拟数字转换单元转换后的该感测讯号，且取样该感测讯号，而将取样后的该感测讯号传送至该运算单元。

本发明中，其中该控制电路更包含：

一模拟数字转换单元，接收该回授讯号，并转换该回授讯号；以及

一取样保持单元，耦接该模拟数字转换单元，并接收该模拟数字转换单元转换后的该回授讯号，且取样该回授讯号，而将取样后的该回授讯号传送至该运算单元。

本发明中，其中该回授电路包含：

一分压电路，耦接该变压器的一输出端并接收该输出电压，产生一分压讯号；以及

一放大器，接收该分压讯号与一参考讯号，而依据该分压讯号与该参考讯号，产生该回授讯号。

本发明中，其中该分压电路包含：

一第一电阻，耦接该变压器的输出端；以及

一第二电阻，串联该第一电阻，以产生该分压讯号。

本发明中，其中该放大器为一误差放大器。

本发明中，其更包含：

一整流滤波电路，耦接该变压器的一输出端，并整流滤波该变压器转换后的该输出电压。

本发明中，其中该开关为一晶体管。

本发明具有的有益效果：本发明的电源转换装置是通过一变压器接收一输入电压，并转换输入电压而产生一输出电压；一开关耦接变压器，以切换变压器；一感测电路耦接开关，并侦测开关的电流而产生一感测讯号；一回授电路耦接变压器，并依据输出电压而产生一回授讯号；以及一控制电路耦接开关、感测电阻与回授电路，并相除感测讯号与回授讯号而决定一切换讯号的一工作周期，以产生一切换讯号，切换讯号用以控制开关切换变压器。如此，本发明可有效数字化电源转换装置，进而降低转换装置的复杂度，并且可增加转换装置的稳定性。

附图说明

图1为现有技术的直流对直流转换装置的电路图；

图2为图1的直流对直流转换装置的时序图；

图3为本发明的一较佳实施例的电路图；以及

图4为图3的一较佳实施例的时序图。

【图号简单说明】

现有技术：

10’变压器            20’开关

30’感测电阻          40’第一电阻

42’第二电阻          50’误差放大器

60’比较器            70’正反器

本发明：

10  变压器            12  整流滤波电路

120 二极管            122 滤波电容

20  开关              30  感测电路

40  回授电路          42  分压电路

420 第一电阻          422 第二电阻

44  放大器            50  控制电路

500 运算单元          501 定时器

502 驱动单元          504 第一模拟数字转换单元

506 第一取样保持单元  508 第二模拟数字转换单元

510 第二取样保持单元

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

请参阅图3，为本发明的一较佳实施例的电路图。如图所示，本发明的直流对直流转换装置包含一变压器10、一开关20、一感测电路30、一回授电路40与一控制电路50。变压器10是接收一输入电压，并转换输入电压而产生一输出电压，其中变压器10更耦接一整流滤波电路12。整流滤波电路12是耦接于变压器10的一输出端，并整流滤波变压器10转换后的输出电压。变压器10具有一次侧绕组与一二次侧绕组，一次侧绕组是接收输入电压，并转换输入电压而产生输出电压，并由二次测绕组输出该输出电压。整流滤波电路12包含一二极管120与一滤波电容122，二极管120耦接变压器10的输出端，以整流变压器10所产生的输出电压，滤波电容122是耦接二极管120，以滤波二极管120输出的输出电压。上述的变压器10的结构为现有技术领域中具有通常知识者所皆知的技术，故此不再多加以赞述。

开关20是耦接变压器10，以控制变压器10导通或截止，感测电路30是耦接开关20，并侦测开关20的电流而产生感测讯号，即当开关20导通时，感测电路30是会侦测流经过开关20的变压器10的一次侧绕组的电流，而产生感测讯号。其中，感测电路30的一较佳实施例为一电阻。回授电路40是耦接变压器10，并依据变压器10的输出电压而产生一回授讯号，控制电路50是耦接开关20、感测电阻30与回授电路40，并依据感测电路30所产生的感测讯号与回授电路40所产生的回授讯号而产生一切换讯号，以控制开关20进而控制变压器10的电流，而控制电路50是相除感测讯号与回授讯号，以决定切换讯号的一工作周期，也就是将回授讯号除以感测讯号而产生切换讯号，并将切换讯号传送至开关20，以控制开关20的打开时间(turn ON)，进而控制变压器10。如此，本发明通过控制电路50以除法的方式产生切换讯号，以增加转换装置的稳定性，并且可以数字化。此外，控制电路50更依据一比例参数而决定切换讯号的工作周期，于此实施例中，控制电路50是乘上比例参数于切换讯号，而决定切换讯号的工作周期。又，本发明的电源转换装置可应用于直流对直流转换装置或是交流对直流转换装置。

再者，本发明的控制电路50包含一运算单元500、一定时器501与一驱动单元502。运算单元500是接收感测讯号与回授讯号，并将回授讯号除以感测讯号而决定切换讯号的工作周期，且产生切换讯号。定时器501是耦接运算单元500，并依据切换讯号的工作周期而进行计时，以产生一控制讯号，例如，定时器501接收切换讯号后，而得知切换讯号的打开时间(turn ON)为20毫秒(ms)，则定时器501则进行计时，当计时到20毫秒(ms)时，则产生控制讯号，并传送控制讯号至驱动单元502。驱动单元502是耦接定时器501，并依据控制讯号而产生切换讯号，且驱动单元502将切换讯号传送至开关20，以驱动开关20导通或截止。

此外，本发明的控制电路50更包括一第一模拟数字转换单元504、一第一取样保持单元506、一第二模拟数字转换单元508与一第二取样保持单元510。第一模拟数字转换单元504耦接感测电阻30与开关20，并接收感测讯号而转换感测讯号，第一取样保持单元506是耦接第一模拟数字转换单元504，并第一取样保持单元506接收第一模拟数字转换单元504转换后的感测讯号，且取样感测讯号，而将取样后的感测讯号传送至运算单元500。第二模拟数字转换单元508是耦接回授电路40，并第二模拟数字转换单元508接收回授讯号，并转换回授讯号，第二取样保持单元510耦接第二模拟数字转换单元508，并第二取样保持单元510接收第二模拟数字转换单元508转换后的回授讯号，且取样该回授讯号，而将取样后的回授讯号传送至运算单元500，以进行运算。如此，本发明通过模拟数字转换单元与取样保持单元而可有效数字化直流对直流转换装置，进而降低转换装置的复杂度。另外，第一模拟数字转换单元504与第二模拟数字转换单元508在硬件实现上，可以共享以节省电路硬件结构，进而达到节省成本。

并且，本发明的回授电路40包含一分压电路42与一放大器44。分压电路42耦接变压器10的输出端，并接收整流滤波电路12的输出电压，而产生一分压讯号，放大器44是接收分压讯号与一参考讯号，而依据分压讯号与参考讯号，产生回授讯号，其中，放大器44的一较佳实施例为一误差放大器，其比较分压讯号与参考讯号而产生回授讯号。此外，分压电路42包含一第一电阻420与一第二电阻422。第一电阻420是耦接整流滤波电路12的输出端，以接收变压器10的输出电压，第二电阻422是串联第一电阻420，以产生分压讯号。

请参阅图4，为图3的一较佳实施例的时序图。如图所示，上面的波形为回授讯号，中间的波形为感测讯号，感测讯号是关联于回授讯号，而下面的波形为切换讯号，切换讯号受控于感测讯号与回授讯号，即感测讯号产生未达到回授讯号时，切换讯号则为高准位讯号；当感测讯号量值与回授讯号相同时，切换讯号为低准位讯号。本发明是通过感测讯号的波形与回授讯号的波形间的相关性，并利用等比三角形的公式，而得知切换讯号的工作周期，即第一取样保持单元506于一第一取样时间T₁取样感测讯号为一第一取样值M₁，第一取样值M₁与回授讯号的峰值C的关联性为：

$\frac{M_1}{C}=\frac{T_1}{T}......\left(1\right)$

其中，T为感测讯号的上升时间。

承上所述，由于感测讯号的上升时间T是等同于切换讯号的工作周期D乘上切换周期Ts，即D*Ts，而工作周期D常以百分比表示，因此，第一取样值M₁与回授讯号的峰值C的关联性可变更为：

$\frac{M_1}{C}=\frac{T_1}{{\mathrm{DT}}_S}......\left(2\right)$

$D=\frac{T_1}{T_s}\frac{C}{M_1}......\left(3\right)$

其中，第一取样时间T₁为一常数，取样周期Ts也为常数，因此T₁/Ts亦为常数，因此，工作周期D是正比于C/M₁，如此，本发明的运算单元500是将回授讯号C除以感测讯号的取样值M，而决定切换讯号的工作周期。由于本发明是通过第一取样保持单元506取样感测讯号，而可以得知流向变压器100的二次侧的电流，以避免电流过高而使系统损坏，进而增加其转换装置的稳定性。

综上所述，本发明的电源转换装置是通过一变压器接收一输入电压，并转换输入电压而产生一输出电压；一开关耦接变压器，以切换变压器；一感测电路耦接开关，并侦测开关的电流而产生一感测讯号；一回授电路耦接变压器，并依据输出电压而产生一回授讯号；以及一控制电路耦接开关、感测电阻与回授电路，并相除感测讯号与回授讯号而决定一切换讯号的一工作周期，以产生一切换讯号，切换讯号用以控制开关切换变压器。如此，本发明可有效数字化电源转换装置，进而降低转换装置的复杂度，并且可增加转换装置的稳定性。

综上所述，仅为本发明的一较佳实施例而已，并非用来限定本发明实施的范围，凡依本发明权利要求范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化与修饰，均应包括于本发明的权利要求范围内。

Claims (9)

1.一种电源转换装置，其特征在于，其包含：

一变压器，接收一输入电压，并转换该输入电压而产生一输出电压；

一开关，耦接该变压器，以切换该变压器；

一感测电路，耦接该开关，并侦测该开关的一电流而产生一感测讯号；

一回授电路，耦接该变压器，并依据该输出电压而产生一回授讯号；以及

一控制电路，耦接该开关、该感测电路与该回授电路，该控制电路包含：

一运算单元，接收该感测讯号与该回授讯号，并将该回授讯号除以该感测讯号，以决定一切换讯号的一工作周期，而产生该切换讯号；

一定时器，耦接该运算单元，并依据该工作周期而进行计时，而产生一控制讯号；以及

一驱动单元，耦接该定时器，并依据该控制讯号而产生该切换讯号，且传送该切换讯号至该开关，以驱动该开关切换该变压器。

2.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，其中该控制电路更依据一比例参数，以决定该切换讯号的该工作周期。

3.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，其中该控制电路更包含：

一模拟数字转换单元，接收该感测讯号，并转换该感测讯号；

以及

一取样保持单元，耦接该模拟数字转换单元，并接收该模拟数字转换单元转换后的该感测讯号，且取样该感测讯号，而将取样后的该感测讯号传送至该运算单元。

4.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，其中该控制电路更包含：

一模拟数字转换单元，接收该回授讯号，并转换该回授讯号；

以及

一取样保持单元，耦接该模拟数字转换单元，并接收该模拟数字转换单元转换后的该回授讯号，且取样该回授讯号，而将取样后的该回授讯号传送至该运算单元。

5.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，其中该回授电路包含：

一分压电路，耦接该变压器的一输出端并接收该输出电压，产生一分压讯号；以及

一放大器，接收该分压讯号与一参考讯号，而依据该分压讯号与该参考讯号，产生该回授讯号。

6.如权利要求5所述的电源转换装置，其特征在于，其中该分压电路包含：

一第一电阻，耦接该变压器的输出端；以及

一第二电阻，串联该第一电阻，以产生该分压讯号。

7.如权利要求6所述的电源转换装置，其特征在于，其中该放大器为一误差放大器。

8.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，其更包含：

一整流滤波电路，耦接该变压器的一输出端，并整流滤波该变压器转换后的该输出电压。

9.如权利要求1所述的电源转换装置，其特征在于，其中该开关为一晶体管。