CN102751872A - 电源转换电路及反馈控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电源转换电路及反馈控制电路。反馈控制电路包含一反馈控制器以及一准位控制单元。反馈控制器根据一参考电压信号及一反馈信号而产生一反馈控制信号。准位控制单元接收参考电压信号及反馈信号其中之一，并根据一准位调整信号使所接收的信号由一第一准位随时间变换至一第二准位。本发明可解决反馈控制中所面临的过冲及下冲现象，并使电源转换电路的操作安全性更为提升。

Description

电源转换电路及反馈控制电路

技术领域

本发明涉及一种电源转换电路及反馈控制电路，尤其涉及一种具有准位或输出调整的电源转换电路及反馈控制电路。

背景技术

图1显示已知的电源转换电路的电路示意图，其具有改变输出电压准位的功能。电源转换电路包含一控制电路Con、晶体管开关SW1、SW2、SW3、一电感L、一输出电容C、以及电阻R1、R2、R3，用以将一输入电源Vin的电力转换而提供一输出电压Vout以驱动一负载Load。电阻R1、R2串联于输出电压Vout及零电位(接地)之间，以构成一分压器并产生一输出电压反馈信号VFB。电阻R3以及晶体管开关SW3串联于电阻R1、R2的连接点及零电位之间，而晶体管开关SW3根据一输出切换信号S3而导通或截止，藉此改变分压器的分压比。控制电路Con接收输出电压反馈信号VFB，以据此产生控制信号S1、S2分别控制晶体管开关SW1、SW2的切换，以调整输出电压Vout的准位至预定电压值。由于控制电路Con是根据输出电压反馈信号VFB来稳定输出电压Vout的准位，故不同分压比即可对应使输出电压Vout稳定于不同的准位值，而达到提供多输出电压的优点。

然而，通过晶体管开关SW3来导通、中断电阻R3连接至电阻R1、R2，藉此快速改变输出电压反馈信号VFB与输出电压Vout之间的比例(即上述的分压比)的做法。此会导致输出电压Vout于稳定于新的准位过程中会出现严重的过冲现象(over shoot)或下冲现象(under shoot)。

目前已有许多方法可以减轻过冲现象及下冲现象的情形，最常见的方法包括减小电感L以减少储存在电感L上的能量、增加输出电容C以使输出电压Vout的改变速度变慢以及增加低通滤波器减少输出电压反馈信号VFB的涟波变化等。请参见图2，显示另一种已知的电源转换电路的电路示意图，其通过提供一切换速度调整信号VS以调整晶体管开关SW3由全开到全关以及由全关到全开的速度，藉此降低调整分压比的速度而减轻过冲现象(over shoot)或下冲现象(under shoot)。

然除上述已知所采取的手段外，是否有其他解决手段可同样解决上述问题，并可应用于更多、不同的应用领域，甚至能同时提供保护功能，以保护电路免于毁损，此仍是目前领域所追寻的目标。

发明内容

根据现有技术中所面临的问题，本发明提供了可解决反馈控制中所面临的过冲及下冲现象的技术手段，并同时结合保护电路，使电源转换电路的操作安全性更为提升。

为达上述目的，本发明提供了一种反馈控制电路，包含一反馈控制器以及一准位控制单元。反馈控制器根据一参考电压信号及一反馈信号而产生一反馈控制信号。准位控制单元接收参考电压信号及反馈信号其中之一，并根据一准位调整信号使所接收的信号由一第一准位随时间变换至一第二准位。

本发明另提供了一种反馈控制电路，包含一放大器及一放大调控单元。放大器接收一参考电压信号及一反馈信号，并据此输出一误差放大信号。放大调控单元接收参考电压信号及反馈信号，并根据参考电压信号及反馈信号的一准位差以基于一预定程序调整放大器的一输出能力。

本发明也提供了一种电源转换电路，包含一转换单元以及一反馈控制电路。转换单元耦接一输入电源，用以将输入电源的一电力转换以提供一输出电压。反馈控制电路耦接转换单元，以根据代表输出电压的一反馈信号产生一工作周期控制信号，用以控制转换单元进行电力转换，其中反馈控制电路包含一准位控制单元，接收反馈信号，并根据一准位调整信号使所接收的信号由一第一准位随时间变换至一第二准位。

在本发明的一实施例中，反馈控制电路还包含一输出保护单元，根据参考电压信号及反馈信号以判断是否输出一保护信号。

在本发明的另一实施例中，输出保护单元于下列两状态其中之一输出保护信号：a.反馈信号的准位低于参考电压信号的准位的一第一预定比值；以及b.反馈信号的准位高于参考电压信号的准位的一第二预定比值，其中，第一预定比值小于1，以及第二预定比值大于1。

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申请专利范围。而有关本发明的其他目的与优点，将在后续的说明与图示加以阐述。

附图说明

图1显示已知的电源转换电路的电路示意图。

图2显示另一种已知的电源转换电路的电路示意图。

图3为根据本发明一第一较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

图4为根据本发明一第二较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

图5为根据本发明一第三较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

图6为根据本发明一第四较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

图7为根据本发明一第五较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。

附图标记：

现有技术：

Con：控制电路

SW1、SW2、SW3：晶体管开关

L：电感

C：输出电容

R1、R2、R3：电阻

Vin：输入电源

Vout：输出电压

Load：负载

S3：输出切换信号

VFB：输出电压反馈信号

VS：切换速度调整信号

本发明：

100：反馈控制电路

101：放大器

102：误差判断元件

103：误差迟滞判断元件

104：参考电压产生器

105：可控电流源

105a：第一比较器

105b：第二比较器

106：调控元件

107：调控元件

108：信号调整元件

109：工作周期控制单元

111：SR正反器

120：保护判断单元

122：过高压判断单元

124：过低压判断单元

125：切换控制元件

130：转换单元

Vin：输入电源

Vout：输出电压

Ra、Rb、Rc：电阻

FB：反馈信号

SWa：开关

pwm：工作周期控制信号

Vre：参考电压信号

Comp：误差放大信号

Dif：准位差信号

Ssw：准位调整信号

Pau：暂停保护信号

prot：保护信号

Vp1：过低压参考信号

Vp2：过高压参考信号

EA：反馈控制信号

Scom：调整信号

Vre1：第一参考电压信号

R：重设端

Vre2：第二参考电压信号

S：设定端

Rd：阻抗元件

SWb：晶体管

Ssl：控制信号

具体实施方式

请参见图3，为根据本发明一第一较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一反馈控制电路100以及一转换单元130。转换单元130耦接一输入电源Vin，用以将输入电源Vin的一电力转换以提供一输出电压Vout。在转换单元130可以是直流转直流转换电路等电源转换电路，例如：直流转直流升压转换电路(Boost Converter)、直流转直流降压转换电路(Buck Converter)、直流转直流升-降压转换电路(Buck-BoostConverter)、直流转直流反激式转换电路(Flyback Converter)、直流转直流正激式转换电路(Forward Converter)、直流转直流半桥式转换电路(Half-Bridge Converter)、直流转直流全桥式转换电路(Full-BridgeConverter)等。一分压器包含串联的电阻Ra、Rb，一端耦接转换单元130的输出端，另一端则接地，以根据输出电压Vout的准位产生一反馈信号FB。分压器还包含电阻Rc以及开关SWa，电阻Rc的一端耦接电阻Ra、Rb的连接点，另一端通过开关SWa耦接至一参考电位，例如：零电位、输出电压Vout或电路中任一作为参考的共同电位。开关SWa根据一准位调整信号Ssw进行切换，以调整分压器的分压比，根据准位调整信号Ssw调变而使反馈信号FB的准位进行改变。

反馈控制电路100接收反馈信号并据此产生一工作周期控制信号pwm以控制转换单元130的电力转换。反馈控制电路100包含一放大器101、一放大调控单元以及一工作周期控制单元109，其中放大调控单元包含一误差判断元件102及一调控元件106。放大器101的反相输入端接收反馈信号FB，非反相输入端接收一参考电压信号Vre，并据此对一补偿元件(未绘出)进行充放电以产生一误差放大信号Comp。工作周期控制单元109根据误差放大信号Comp的准位高低决定工作周期控制信号pwm的工作周期(Duty Cycle)，以控制转换单元130由输入电源Vin传送至输出端的电力大小，藉此调整输出端的输出电压Vout至一预定电压值。误差判断元件102接收反馈信号FB及参考电压信号Vre，以判断两信号的准位差并据此产生一准位差信号Dif至调控元件106。调控元件106则根据准位差信号Dif调整放大器101的输出能力，即对补偿元件充放电的能力；于反馈信号FB及参考电压信号Vre的准位差较小时，使放大器101有较高的输出能力，于此准位差较大时，使放大器101有较低的输出能力。如此，当原与参考电压信号Vre大致同准位的反馈信号FB因准位调整信号Ssw而快速调变至新的准位时，放大器101对补偿元件的调整能力会下降，使误差放大信号Comp的准位被调整的速度变慢，如此，即可达到减轻过冲现象或下冲现象。

另外，当电源转换电路于启动之初，输出电压Vout由零准位开始上升，反馈信号FB与参考电压信号Vre的准位差也相当大。因此，放大器101的输出能力也较低，而随着准位差缩小而逐渐调升输出能力。藉此，本发明的电源转换电路也可以提供软启动的功能。

请参见图4，为根据本发明一第二较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一反馈控制电路以及一转换单元130。反馈控制电路包含一放大器101、一放大调控单元、一输出保护单元以及一工作周期控制单元109，其中放大调控单元包含一误差迟滞判断元件103及一调控元件107，而输出保护单元包含一过高压判断单元122、一过低压判断单元124以及一保护判断单元120。误差迟滞判断元件103接收一参考电压信号Vre以及一反馈信号FB，于反馈信号FB低于第一预定电压值或高于一第二预定电压值时，才改变输出的逻辑准位。例如：反馈信号FB高于或低于参考电压信号Vre一预定调控值：参考电压信号Vre的百分之二十，即当反馈信号FB突然高于参考电压信号Vre的百分之一百二十或低于参考电压信号Vre的百分之八十时，改变输出信号的逻辑。调控元件107则耦接误差迟滞判断元件103的输出端，于检测到误差迟滞判断元件103输出信号的逻辑改变时，依一预定程序调整放大器101的输出能力。例如：于一预定时间内调降放大器101的驱动能力至50％，之后再调回至100％驱动能力；于最初的一第一预定时间内维持放大器101的100％驱动能力，之后的一第二预定时间内调降放大器101的驱动能力至50％，最后再调回至100％驱动能力。当然，调控元件107也可以根据参考电压信号Vre以及反馈信号FB来判断调整放大器101驱动能力的适当时机。例如：当反馈信号FB与参考电压信号Vre准位差超过20％时，调控元件107则被使能并于反馈信号FB与参考电压信号Vre准位差降低至5％时，调控元件107将放大器101的驱动能力调变为-50％(负号代表充电/放电互换)，并于反馈信号FB与参考电压信号Vre等电位或准位差反向上升至10％时，将放大器101调回至100％驱动能力。上述反馈信号FB与参考电压信号Vre准位差反向上升至10％时，代表此时工作周期控制单元109所产生的工作周期控制信号pwm的工作周期调整尚不足，故需恢复放大器101的100％驱动能力。同时，调控元件107在依预定程序调整放大器101的输出能力，会同时输出一暂停保护信号Pau，以暂停保护判断单元120输出一保护信号prot至工作周期控制单元109，以避免保护误判。

接着，说明输出保护单元的运作。输出保护单元是判断输出电压Vout是否过高或过低，若是则会输出保护信号prot至工作周期控制单元109，以停止输出工作周期控制信号pwm。输出保护单元中的过高压判断单元122接收反馈信号FB及一过高压参考信号Vp2，于反馈信号FB的准位高于过高压参考信号Vp2时，过高压判断单元122会输出一高准位信号。输出保护单元中的过低压判断单元124接收反馈信号FB及一过低压参考信号Vp1，于反馈信号FB的准位低于过低压参考信号Vp1时，过低压判断单元124会输出一高准位信号。上述的过低压参考信号Vp1及过高压参考信号Vp2可以根据参考电压信号Vre来设定，例如：过低压参考信号Vp1的准位为参考电压信号Vre的百分之六十，而过高压参考信号Vp2的准位为参考电压信号Vre的百分之一百二十，以设定适当的判断准位。保护判断单元120于过高压判断单元122及过低压判断单元124的任一输出高准位信号时，输出保护信号prot，使反馈控制电路进入保护模式。然而，若此时调控元件107输出暂停保护信号Pau至保护判断单元120，则保护判断单元120则会暂停输出保护信号prot，不论过高压判断单元122及过低压判断单元124是否输出高准位信号。若因电路异常而非准位调整信号Ssw所造成反馈信号FB准位的变化，则调控元件107于预定程序结束后停止输出暂停保护信号Pau，此时输出电压Vout仍会在异常的准位范围(即，此时反馈信号准位将高于过高压参考信号Vp2，或低于过低压参考信号Vp1)，保护判断单元120则输出保护信号prot使反馈控制电路进入保护模式。

请参见图5，为根据本发明一第三较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。相较于图3及图4所示的实施例，本发明是根据一准位调整信号Ssw通过调整参考电压信号的准位来达到调整输出电压Vout的作用。电源转换电路包含一反馈控制电路以及一转换单元130。反馈控制电路包含一放大器101、一放大调控单元、一输出保护单元以及一工作周期控制单元109，其中放大调控单元包含一误差判断元件102及一调控元件106，而输出保护单元包含一过高压判断单元122、一过低压判断单元124以及一保护判断单元120。放大调控单元及过低压判断单元124、保护判断单元120的电路运作，请参见图3及图4所示实施例的对应说明，在此不再重复说明。反馈控制电路还包含一参考电压产生器104，用以产生一参考电压信号Vre。而且参考电压产生器104同时接收准位调整信号Ssw，以对应调整参考电压信号Vre的准位。保护判断单元120也接收准位调整信号Ssw，以对应于参考电压信号Vre的准位调整后的一预定时间周期内，暂停输出保护信号prot，以避免保护误判。

接下来，请参见图6，为根据本发明一第四较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一反馈控制电路以及一转换单元130，而其中反馈控制电路包含一反馈控制器、一准位控制单元、一工作周期控制单元109以及一输出保护单元。在本实施例中，反馈控制器包含一放大器101，而准位控制单元包含一准位调整参考元件及一信号调整元件108，其中准位调整参考元件包含一可控电流源105及一电阻Rc，通过调整电阻Rc的阻值可设定不同的输出电压值。串联的电阻Ra、Rb构成一分压器，一端耦接转换单元130的输出端而另一端则接地，以根据输出电压Vout的准位产生一反馈信号FB。放大器101接收一参考电压信号Vre及反馈信号FB而产生一反馈控制信号EA至工作周期控制单元109，使工作周期控制单元109据此调整一工作周期控制信号pwm的工作周期以控制转换单元130的电力转换。可控电流源105接收准位调整信号Ssw，以据此启动以提供一电流流经电阻Rc而产生一调整信号Scom，并根据一预定程序调整电流的大小。信号调整元件108接收反馈信号FB及调整信号Scom，并随着调整信号Scom的准位变化调整反馈信号FB的准位，使反馈信号FB的准位由第一准位调整至一第二准位。由于反馈信号FB的准位非直接第一准位变化至第二准位，而是根据预定程序，随着时间变化，因此可达到减轻过冲现象或下冲现象的优点。输出保护单元包含一过高压判断单元122、一过低压判断单元124以及一保护判断单元120。放大调控单元及过低压判断单元124、保护判断单元120的电路运作，请参见图5的对应说明。

本实施例的准位控制单元亦可用以调整参考电压信号Vre的准位的方式，以取代调整反馈信号FB的准位的方式，如此亦可达到轻过冲现象或下冲现象的优点。而且，可控电流源105亦可接收一启动信号后，依一预定软启动程序，逐渐将参考电压信号Vre由零电位逐渐上升至预定电位而可同时具有软启动的优点。

请参见图7，为根据本发明一第五较佳实施例的电源转换电路的电路示意图。电源转换电路包含一反馈控制电路以及一转换单元130，本实施例与上述实施例的差异点在于，反馈控制电路以SR正反器111取代误差放大器，说明如下。反馈控制电路包含一第一比较器105a、一第二比较器105b及SR正反器111。第一比较器105a接收一第一参考电压信号Vre1及反馈信号FB，于反馈信号FB的准位高于第一参考电压信号Vre1的准位时，产生一高准位信号至SR正反器111的重设端R使SR正反器111所产生的工作周期控制信号pwm转为低准位。第二比较器105b接收一第二参考电压信号Vre2及反馈信号FB，于反馈信号FB的准位低于第二参考电压信号Vre2的准位时，产生一高准位信号至SR正反器111的设定端S使SR正反器111所产生的工作周期控制信号pwm转为高准位。如此，可调控工作周期控制信号pwm的高准位与低准位的周期比例(即，工作周期)，使反馈信号FB的准位维持在第一参考电压信号Vre1的准位及第二参考电压信号Vre2的准位之间，其中第一参考电压信号Vre1的准位高于第二参考电压信号Vre2的准位。

本实施例与上述实施例的差异点在于准位控制单元的电路设计。在本实施例，准位控制单元包含一阻抗元件Rd、一晶体管SWb以及一切换控制元件125。阻抗元件Rd与晶体管SWb串联，其一端耦接分压器的分压点，即电阻Ra、Rb的连接点，另一端可耦接零电位或电路中任一共同电位，例如：转换单元130的输出端。在本实施例，阻抗元件Rd与晶体管SWb串联于转换单元130的输出端及分压器的分压点之间，以根据输出电压Vout调整反馈信号FB的准位。切换控制元件125接收一准位调整信号Ssw，并据此输出一控制信号Ssl。在本实施例中，晶体管SWb为一金氧半场效晶体管，此控制信号Ssl的准位在对应晶体管SWb的欧姆区的准位范围是以一预定准位变化速度来改变，以控制晶体管SWb由截止区(截止状态)进入饱和区(导通状态)或由饱和区进入截止区的变换的速度。如此，晶体管SWb的等效阻抗会随时间逐渐增加或减小，而达到反馈信号FB由一准位随时间变换至另一准位的作用。

本发明在上文中已以较佳实施例揭示，然所属技术领域中的普通技术人员应理解的是，该实施例仅用于描述本发明，而不应解读为限制本发明的范围。应注意的是，举凡与该实施例等效的变化与置换，均应是涵盖于本发明的范畴内。

Claims (18)

1.一种反馈控制电路，包含：

一反馈控制器，根据一参考电压信号及一反馈信号而产生一反馈控制信号；以及

一准位控制单元，接收该参考电压信号及该反馈信号其中之一，并根据一准位调整信号使所接收的信号由一第一准位随时间变换至一第二准位。

2.根据权利要求1所述的反馈控制电路，其中还包含一输出保护单元，根据该参考电压信号及该反馈信号以判断是否输出一保护信号。

3.根据权利要求2所述的反馈控制电路，其中该输出保护单元于下列两状态其中之一输出该保护信号：

a、该反馈信号的准位低于该参考电压信号的准位的一第一预定比值；以及

b、该反馈信号的准位高于该参考电压信号的准位的一第二预定比值；

其中，该第一预定比值小于1，以及该第二预定比值大于1。

4.根据权利要求2或3所述的反馈控制电路，其中该准位控制单元包含一阻抗元件、一晶体管以及一切换控制元件，该阻抗元件及该晶体管用以调整该反馈信号的准位，该切换控制元件用以调整该晶体管于一饱和区与一截止区之间变换的速度。

5.根据权利要求4所述的反馈控制电路，其中该阻抗元件耦接一分压器，该分压器耦接一转换单元的一输出端以产生该反馈信号。

6.根据权利要求5所述的反馈控制电路，其中该阻抗元件与该晶体管串联于该转换单元的该输出端及该分压器的一分压点之间。

7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的反馈控制电路，其中该准位控制单元包含一准位调整参考元件以及一信号调整元件，该准位调整参考元件接收该准位调整信号，产生一调整信号并根据一预定程序调整该调整信号的准位，该信号调整元件根据该调整信号的准位调整该参考电压信号及该反馈信号其中之一。

8.根据权利要求7所述的反馈控制电路，其中该准位调整参考元件包含一可控电流源，根据该预定程序调整该可控电流源的电流大小。

9.根据权利要求2或3所述的反馈控制电路，其中该输出保护单元接收该准位调整信号后一预定时间周期内，暂停输出该保护信号。

10.根据权利要求1所述的反馈控制电路，其中该反馈控制器包含一放大器，根据该参考电压信号及该反馈信号以产生一误差放大信号。

11.一种反馈控制电路，包含：

一放大器，接收一参考电压信号及一反馈信号，并据此输出一误差放大信号；以及

一放大调控单元，接收该参考电压信号及该反馈信号，并根据该参考电压信号及该反馈信号的一准位差以基于一预定程序调整该放大器的一输出能力。

12.根据权利要求11所述的反馈控制电路，其中该放大调控单元于判断该准位差大于一预定调控值时，调整该放大器的该输出能力。

13.根据权利要求11或12所述的反馈控制电路，其中还包含一输出保护单元，根据该参考电压信号及该反馈信号以判断是否输出一保护信号。

14.根据权利要求13所述的反馈控制电路，其中该输出保护单元于下列两状态其中之一输出该保护信号：

a、该反馈信号的准位低于该参考电压信号的准位一第一预定比值；以及

b、该反馈信号的准位高于该参考电压信号的准位一第二预定比值；

其中，该第一预定比值小于1，以及该第二预定比值大于1。

15.一种电源转换电路，包含：

一转换单元，耦接一输入电源，用以将该输入电源的一电力转换以提供一输出电压；以及

一反馈控制电路，耦接该转换单元，以根据代表该输出电压的一反馈信号产生一工作周期控制信号，用以控制该转换单元进行电力转换，其中该反馈控制电路包含一准位控制单元，接收该反馈信号，并根据一准位调整信号使所接收的信号由一第一准位随时间变换至一第二准位。

16.根据权利要求15所述的电源转换电路，其中该反馈控制电路还包含一输出保护单元，该输出保护单元于下列两状态其中之一输出一保护信号：

a、该输出电压低于一第一预定电压值；以及

b、该输出电压高于一第二预定电压值。

17.根据权利要求16所述的电源转换电路，其中该输出保护单元接收该准位调整信号后一预定时间周期内，暂停输出该保护信号。

18.根据权利要求15所述的电源转换电路，其中该准位控制单元包含一阻抗元件、一晶体管以及一切换控制元件，该阻抗元件与该晶体管串联以调整该反馈信号的准位，该切换控制元件用以调整该晶体管于一饱和区与一截止区之间变换的速度。

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