CN102412725A - 主动式线端补偿电路及具主动式线端补偿的控制器 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种主动式线端补偿电路及具主动式线端补偿的控制器，所述主动式线端补偿电路用以补偿一输出电压侦测信号的电平以产生一补偿后输出电压侦测信号，其中一反馈控制器根据该补偿后输出电压侦测信号控制一转换电路，使施加于该负载的一负载电压稳定于一预定电压值；主动式线端补偿电路包含一补偿单元及一反馈补偿单元；补偿单元侦测负载电流以产生一补偿电流；反馈补偿单元则根据补偿电流调整该输出电压侦测信号的电平，以输出该补偿后输出电压侦测信号。

Description

主动式线端补偿电路及具主动式线端补偿的控制器

技术领域

本发明涉及一种主动式线端补偿电路及其控制器，尤指一种以补偿电流调整反馈信号的主动式线端补偿电路及具主动式线端补偿的控制器。

背景技术

图1为典型的直流转直流降压转换电路(Buck Converter)的电路示意图。直流转直流降压转换电路包含了一转换电路10、一控制器20、一负载30以及一输出电压侦测电路12。输出电压侦测电路12侦测转换电路10的一输出电压Vo以产生一输出电压侦测信号Vfb。控制器20则根据此输出电压侦测信号Vfb控制转换电路10将一输入电压Vin的电力转换成输出电压Vo，使输出电压Vo维持在一预定输出电压值。然而，直流转直流降压转换电路通过一供电线14提供电力至负载30，而供电线14上存在有寄生电阻Rw，电流通过供电线14提供至负载30时，在供电线14上会产生线损Vw(Vw＝2*Rw*IL，其中IL为流经负载30的电流)，而导致实际供应至负载30的负载电压Vo’低于转换电路10的输出电压Vo。

为了补偿供电线14所造成的线损，请参照图2所示，一典型的解决方法是将输出电压侦测电路12另外连接一导线16至负载30，以远程侦测(Remote Sense)供应至负载30的负载电压Vo’的电位来进行反馈控制。图中的导线16即是直接侦测负载30的电源供应端来进行反馈控制。此补偿方式可以补偿供电线14所造成的线损的一半，即线损Vw＝Rw*IL。然而，此远程侦测的方法需要另外连接至少一导线16至负载30进行侦测，而会导致成本提高。又，随着供电距离增加，所需使用的导线16的长度也要增加。

发明内容

有鉴于上述问题，本发明利用侦测负载的电流，以补偿输出电压侦测信号的电平来进一步补偿供电线的线损，使负载电压可稳定在一预定电压值，如此不需使用导线侦测负载端的电压，即可补偿供电线所造成的线损以提供准确的负载电压。

为达到上述目的，本发明提供了一种主动式线端补偿电路，用以补偿一输出电压侦测信号的电平以产生一补偿后输出电压侦测信号，其中一反馈控制器根据该补偿后输出电压侦测信号控制一转换电路，使施加于一负载的一负载电压稳定于一预定电压值。主动式线端补偿电路包含一补偿单元及一反馈补偿单元。补偿单元侦测负载电流以产生一补偿电流。反馈补偿单元则根据补偿电流调整该输出电压侦测信号的电平，以输出该补偿后输出电压侦测信号。

本发明也同时提供了一种具主动式线端补偿的控制器，用以控制一转换电路将一输入电压转换成一输出电压以驱动一负载。具主动式线端补偿的控制器包含一主动式线端补偿电路以及一反馈控制电路。主动式线端补偿电路接收代表输出电压的输出电压侦测信号，并根据流经负载的一负载电流产生一补偿电流，以补偿该输出电压侦测信号而产生一补偿后输出电压侦测信号。反馈控制电路根据该补偿后输出电压侦测信号来产生至少一脉宽调制控制信号，以控制转换电路进行电压转换。

以上的概述与接下来的详细说明皆为示范性质，是为了进一步说明本发明的权利要求保护范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与附图加以阐述。

附图说明

图1为典型的直流转直流降压转换电路的电路示意图；

图2为典型以远程侦测补偿线损的直流转直流降压转换电路的电路示意图；

图3为根据本发明的一较佳实施例的主动式线端补偿电路的电路示意图；

图4为根据本发明的一较佳实施例的主动式线端补偿转换电路的电路示意图。

【主要元件附图标记说明】

现有技术：

转换电路10

输出电压侦测电路12

供电线14

导线16

控制器20

负载30

输出电压Vo

输出电压侦测信号Vfb

输入电压Vin

寄生电阻Rw

负载电流IL

负载电压Vo’

本发明：

转换电路110

输出电压侦测电路112

供电线114

控制器120

补偿单元122

运算放大器1222

电压转电流转换器1224

电流镜1226

反馈补偿单元123

放大器124

反馈控制电路126

误差放大器127

脉宽调制器128

负载130

输出电压侦测信号Vfb

增益信号VX

增益电流IX

负载电流IL

补偿电流IY

补偿电阻RY

输出电压侦测信号Vfb

补偿后输出电压侦测信号Vfbc

输出电压Vo

负载电压Vo’

负载电流侦测电路RCS

寄生电阻Rw

电流侦测信号Vcs+，Vcs-

参考电压信号Vref

电阻RX

具体实施方式

请参见图3，为根据本发明的一较佳实施例的主动式线端补偿电路的电路示意图。主动式线端补偿电路包含一补偿单元122及一反馈补偿单元123，用以补偿一输出电压侦测信号Vfb的电平。在本实施例中，补偿单元122包含一电流源，且电流源根据负载电流IL产生一补偿电流IY。反馈补偿单元123包含一放大器124以及一补偿电阻RY。放大器124的一非反相输入端接收一输出电压侦测信号Vfb，而一反相输入端则耦接补偿单元122，且补偿电阻RY耦接于放大器124的一输出端与反相输入端。如此，补偿电流IY将流经补偿电阻RY。使该放大器124的输出端产生一补偿后输出电压侦测信号Vfbc。由于放大器124的反相输入端及非反相输入端会等电位，因此，补偿后输出电压侦测信号Vfbc与输出电压侦测信号Vfb的关系如下：

Vfbc＝Vfb-IY*RY＝Vfb-C*IL*RY    ....(1)

其中，C为补偿单元122根据负载电流产生补偿电流IY的比例值。

另外，输出电压侦测信号Vfb与输出电压Vo的关系如下：

Vfb＝Vo/Rd                      ....(2)

其中，Rd为侦测输出电压侦测电路的一分压比例。

上述两式可推导出如下的关系式

Vfbc＝Vo/Rd-C*IL*RY→

Vo＝Vfbc*Rd+C*IL*RY*Rd          ....(3)

因此，C*IL*RY*Rd即为一补偿值，通过此补偿值将使反馈控制器修正输出电压Vo的电平，使负载电压Vo’稳定于一预定电压值上。接着，以下将本发明的主动式线端补偿电路与反馈控制的转换电路结合进行说明，以更了解主动式线端补偿电路如何达到稳定负载电压Vo’的效果。

请参见图4，为根据本发明的一较佳实施例的主动式线端补偿转换电路的电路示意图。主动式线端补偿转换电路包含一具主动式线端补偿的控制器120、一转换电路110、一负载130、一输出电压侦测电路112以及一负载电流侦测电路RCS。控制器120控制转换电路110将一输入电压Vin转换成一输出电压Vo以驱动负载130，而经线损后施加于负载130上的电压为负载电压Vo’，其与输出电压Vo的关系如下：

Vo’＝Vo-2*Rw*IL                 ...(4)

其中Rw为供电线114的寄生电阻，IL则为负载电流。

控制器120包含一主动式线端补偿电路以及一反馈控制电路126，其中主动式线端补偿电路包含一补偿单元122及一反馈补偿单元123。补偿单元122接收负载电流侦测电路RCS所产生的两电流侦测信号Vcs+、Vcs-，并据此产生一补偿电流IY。其中，Vcs+-Vcs-＝IL*Rcs，Rcs为负载电流侦测电路RCS的电阻值，因此，补偿电流IY根据负载电流IL而产生。反馈补偿单元123接收输出电压侦测信号Vfb及补偿电流IY，以产生一补偿后输出电压侦测信号Vfbc至反馈控制电路126。

反馈控制电路126包含一误差放大器127以及一脉宽调制器128。误差放大器127接收一参考电压信号Vref及补偿后输出电压侦测信号Vfbc以产生一脉宽调制信号。脉宽调制器128接收一斜坡信号及误差放大器127所产生的脉宽调制信号，并产生一脉宽调制控制信号Gate以控制转换电路110进行电力转换。由于误差放大器127的两输入端信号的电平将会等电位，因此Vref＝Vfbc，再结合第3式及第4式，可推导出如下关系式：

Vfbc*Rd+C*IL*RY*Rd＝2*Rw*IL+Vo’

Vo’＝Vref*Rd+IL*(C*RY*Rd-2*Rw)

由于电路中的Vref及Rd为固定值，因此借助于适当地调整C及RY，使C*RY*Rd＝2*Rw，即可补偿线损而使Vo’＝Vref*Rd为一稳定值。

接着详细说明补偿单元122的电路架构。补偿单元122包含一侦测放大器以及一电流镜1226，其中侦测放大器包含一运算放大器1222、一电压转电流转换器1224，用以侦测负载电流IL，以产生一放大侦测信号。运算放大器1222接收负载电流侦测电路RCS所产生的电流侦测信号Vcs+、Vcs-，并根据电流侦测信号Vcs+、Vcs-的差产生一增益信号VX。电压转电流转换器1224接收增益信号VX并同时根据电阻RX而产生一增益电流IX以作为上述的放大侦测信号。电流镜1226具有一电流增益M:1，以根据增益电流IX产生一补偿电流IY。由于电流侦测信号Vcs+、Vcs-的差代表流经负载130的负载电流IL，因此补偿电流IY与负载电流IL之间具有一比例关系。另外，值得一提的是，补偿单元122的增益值(即补偿电流IY与电流侦测信号Vcs+、Vcs-的差的放大比例)可根据实际应用设定，使负载电流侦测电路RCS的选用上更具弹性。因此，负载电流侦测电路RCS可以选用适当的阻抗值，以减少进行负载电流侦测时造成太大的功耗。

如上所述，本发明在上文中已以较佳实施例揭示，本领域普通技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，凡与该实施例等效的变化与置换，均应设为涵盖于本发明的范畴内。因此，本发明的保护范围当以的权利要求保护范围所界定为准。

Claims (9)

1.一种主动式线端补偿电路，其特征在于，用以补偿一输出电压侦测信号的电平以产生一补偿后输出电压侦测信号，其中一反馈控制器根据该补偿后输出电压侦测信号来控制一转换电路，使施加于一负载的一负载电压稳定于一预定电压值，该主动式线端补偿电路包含：

一补偿单元，侦测一负载电流以产生一补偿电流；以及

一反馈补偿单元，根据该补偿电流调整该输出电压侦测信号的电平，以输出该补偿后输出电压侦测信号。

2.如权利要求1所述的主动式线端补偿电路，其特征在于，该补偿单元包含一电流源，并该电流源根据该负载电流产生该补偿电流。

3.如权利要求2所述的主动式线端补偿电路，其特征在于，该反馈补偿单元包含一放大器，该放大器的一非反相输入端接收该输出电压侦测信号，该放大器的一反相输入端则接收该补偿电流，并且，一补偿电阻耦接于该放大器的一输出端与该反相输入端，使该放大器的该输出端产生该补偿后输出电压侦测信号。

4.如权利要求1所述的主动式线端补偿电路，其特征在于，该补偿单元包含一电流源及一侦测放大器，该侦测放大器侦测该负载电流以产生一放大侦测信号，而该电流源则根据该放大侦测信号产生该补偿电流。

5.一种具主动式线端补偿的控制器，其特征在于，用以控制一转换电路将一输入电压转换成一输出电压以驱动一负载，该具主动式线端补偿的控制器包含：

一主动式线端补偿电路，接收代表该输出电压的一输出电压侦测信号，并根据流经该负载的一负载电流产生一补偿电流，以补偿该输出电压侦测信号而产生一补偿后输出电压侦测信号；以及

一反馈控制电路，根据该补偿后输出电压侦测信号来产生至少一脉宽调制控制信号，以控制该转换电路进行电压转换。

6.如权利要求5所述的具主动式线端补偿的控制器，其特征在于，该主动式线端补偿电路包含：

一补偿单元，侦测该负载电流以产生该补偿电流；以及

一反馈补偿单元，根据该补偿电流调整该输出电压侦测信号的电平，以输出该补偿后输出电压侦测信号。

7.如权利要求6所述的具主动式线端补偿的控制器，其特征在于，该补偿单元包含一电流源，并该电流源根据该负载电流产生该补偿电流。

8.如权利要求7所述的具主动式线端补偿的控制器，其特征在于，该反馈补偿单元包含一放大器，该放大器的一非反相输入端接收该输出电压侦测信号，该放大器的一反相输入端则接收该补偿电流，并且，一补偿电阻耦接于该放大器的一输出端与该反相输入端，使该放大器的该输出端产生该补偿后输出电压侦测信号。

9.如权利要求6所述的具主动式线端补偿的控制器，其特征在于，该补偿单元包含一电流源及一侦测放大器，该侦测放大器侦测该负载电流以产生一放大侦测信号，而该电流源则根据该放大侦测信号产生该补偿电流。

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