CN105099211B - 直流对直流变换装置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭露一种直流对直流变换装置及其控制方法。直流对直流变换装置的控制方法包含以下步骤：于第一区间内，根据直流对直流变换装置的输入直流电以对应地控制直流对直流变换装置的输出直流电维持于第一数值；于第二区间内，根据输入直流电以对应地控制输出直流电维持于第二数值；控制该直流对直流变换器输出的该输出直流电的该第二数值大于该直流对直流变换器输出的该输出直流电的该第一数值；以及于第一区间及第二区间，控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比在第一预设范围内。

Description

直流对直流变换装置及其控制方法
技术领域
本发明是有关于一种装置及其控制方法，且特别是有关于一种直流对直流变换装置及其控制方法。
背景技术
随着科技的进展，信号处理系统所采用的供电系统亦随之精进。直流供电系统因为能提供低电压、大电流，而且其转换效率较高之故，逐渐广为业界所采用，而在直流供电系统中，直流对直流(DC/DC)变换器扮演了重要的角色。
一般DC/DC变换器的控制方式，是控制输入直流电于预设区间内变化，并同时控制其输出电压维持在一个定值。然而，上述控制方式若应用在谐振电路类型的DC/DC变换器时，将使得开关频率变化范围较大，而上述控制方式若应用在脉宽调制电路类型的DC/DC变换器时，将使得占空比变化范围较大。无论是开关频率或占空比变化范围较大，皆会影响到DC/DC变换器的变换效率。
由此可见，上述现有的方式，显然仍存在不便与缺陷，而有待改进。为了解决上述问题，相关领域莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来仍未发展出适当的解决方案。
发明内容
发明内容旨在提供本发明的简化摘要，以使阅读者对本发明具备基本的理解。此发明内容并非本发明的完整概述，且其用意并非在指出本发明实施例的重要/关键元件或界定本发明的范围。
本发明内容的一目的是在提供一种直流对直流变换装置及其控制方法，借以改善存在于先前技术的问题。
为达上述目的，本发明内容的一技术方案是关于一种直流对直流变换装置的控制方法，此控制方法包含以下步骤：于第一区间，根据直流对直流变换装置的输入直流电以对应地控制直流对直流变换装置的输出直流电维持于第一数值；于第二区间，根据输入直流电以对应地控制输出直流电维持于第二数值；控制直流对直流变换器输出的输出直流电的第二数值大于直流对直流变换器输出的输出直流电的第一数值；以及于第一区间及第二区间，控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比在第一预设范围内。
根据本发明一实施例，前述输入直流电的输入范围为一数值可连续变化的数值区间，数值区间包括所述第一区间和所述第二区间。
根据本发明另一实施例，前述控制直流对直流变换装置的输出直流电对应数值区间的输入直流电呈现阶梯状变化。
根据本发明再一实施例，前述数值区间还包括最小值区间和最大值区间；最小区间包括输入直流电的最小值，最大区间包括输入直流电的最大值。
根据本发明又一实施例，前述最小值区间和最大值区间控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比变化在第二预设范围。
根据本发明另一实施例，前述第二预设范围包括第一预设范围；于最小值区间，直流对直流变换装置的开关频率变化的第二预设范围的最小值小于第一预设范围的最小值；于最大值区间，直流对直流变换装置的开关频率变化的第二预设范围的最大值大于第一预设范围的最大值。
根据本发明再一实施例，前述第二预设范围包括第一预设范围；于最小值区间，直流对直流变换装置的占空比变化的第二预设范围的最大值大于第一预设范围的最大值；于最大值区间，直流对直流变换装置的开关频率变化的第二预设范围的最小值小于第一预设范围的最小值。
根据本发明又一实施例，前述输入直流电于第一区间的变化差值等于输入直流电于第二区间的变化差值；第一区间对应的开关频率变化范围与第二区间对应的开关频率变化范围相同。
根据本发明另一实施例，前述控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比于预设范围内的步骤包含：于第一区间及第二区间，控制开关频率随着输入直流电的增大而增大，或控制占空比随着输入直流电的增大而减小。
根据本发明再一实施例，前述直流对直流变换装置的控制方法包括：对于当前输入直流电值，若开关频率为第一预设范围内最大值时，当输出直流电值大于第一数值则控制开关频率以调整输出直流电为第二数值。
根据本发明另一实施例，前述直流对直流变换装置的控制方法包括：对于当前输入直流电值，若开关频率为第一预设范围内最小值时，当输出直流电值小于第二数值则控制开关频率以调整输出直流电为第一数值。
根据本发明再一实施例，前述直流对直流变换装置的控制方法包括：对于当前输入直流电值，若占空比为第一预设范围内最小值时，当输出直流电值大于第一数值则控制占空比以调整输出直流电为第二数值。
根据本发明又一实施例，前述直流对直流变换装置的控制方法包括：对于当前输入直流电值，若占空比为第一预设范围内最大值时，当输出直流电值小于第二数值则控制占空比以调整输出直流电为第一数值。
为达上述目的，本发明内容的另一技术方案是关于一种直流对直流变换装置，此直流对直流变换装置包括直流对直流功率转换单元、输出检测电路及控制驱动单元。直流对直流功率转换单元包括至少一开关器件。控制驱动单元包含核心控制驱动器及电压控制信号转换器。所述直流对直流功率转换单元接收输入直流电输出对应的输出直流电。输出检测电路检测所述输出直流电以输出直流电检测信号。核心控制驱动器输出控制驱动信号至所述开关器件。电压控制信号转换器接收直流电检测信号和预设输出直流电信号输出控制信号至核心控制驱动器，所述电压控制信号转换器当前输出的控制信号反馈至电压控制信号转换器，电压控制信号转换器设置有允许控制信号变化的控制信号预设范围，电压控制信号转换器根据当前该直流电检测信号调整预设输出直流电信号直至控制信号控制在控制信号预设范围。
根据本发明一实施例，前述电压控制信号转换器包括控制信号处理器、输出直流电调节模块及电压信号转换器。所述控制信号处理器设有控制信号预设范围和接收当前控制信号，比较当前控制信号和控制信号预设范围而输出预设输出直流电信号调节量。输出直流电调节模块接收预设输出直流电信号调节量、预设输出直流电信号和直流电检测信号输出电压控制信号。电压信号转换器接收电压控制信号输出控制信号。
根据本发明另一实施例，前述输出直流电调节模块包括预设直流电调节器及电压调节器。预设直流电调节器接收所述预设输出直流电信号和所述预设输出直流电调节量以输出参考输出直流电信号并将当前所述预设输出直流电信号更新为当前所述参考直流电信号。电压调节器接收所述参考输出直流电信号和所述直流电检测信号以输出所述电压控制信号。
根据本发明再一实施例，前述输出直流电调节模块还包括饱和限幅器。饱和限幅器设置于预设直流电调节器与电压调节器之间，限定所述参考输出直流电信号于设定范围内。
根据本发明又一实施例，前述电压控制信号转换器还包括非线性控制器。非线性控制器设置于控制信号处理器与输出直流电调节模块之间，预设输出直流电信号调节量经所述非线性控制器输出至输出直流电调节模块。
根据本发明另一实施例，前述直流对直流变换装置为谐振型直流对直流装置，电压控制信号转换器输出的控制信号为频率信号。
根据本发明再一实施例，前述直流对直流变换装置为PWM型直流对直流装置，电压控制信号转换器输出的控制信号为占空比信号。
因此，根据本发明的技术内容，本发明实施例通过提供一种直流对直流变换装置及其控制方法，借以改善开关频率或占空比变化范围较大，而影响到直流对直流变换器的变换效率的问题。
在参阅下文实施方式后，本发明所属技术领域中具有通常知识者当可轻易了解本发明的基本精神及其他发明目的，以及本发明所采用的技术手段与实施方式。
附图说明
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1是绘示依照本发明一实施例的一种直流对直流变换装置的控制方法的流程示意图；
图2A是绘示依照本发明另一实施例的一种直流对直流变换装置的输入输出波形示意图；
图2B是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置的输入输出波形示意图；
图2C是绘示依照本发明又一实施例的一种直流对直流变换装置的输入输出波形示意图；
图3是绘示依照本发明另一实施例的一种直流对直流变换装置的示意图；
图4是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置的示意图；
图5是绘示依照本发明又一实施例的一种直流对直流变换装置的示意图；
图6是绘示依照本发明另一实施例的一种谐振电路类型的直流对直流变换装置的示意图；
图7是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置的示意图；
图8是绘示依照本发明又一实施例的一种直流对直流变换装置的示意图；
图9是绘示依照本发明另一实施例的一种脉宽调制电路类型的直流对直流变换装置的示意图；
图10是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置的示意图。
根据惯常的作业方式，图中各种特征与元件并未依比例绘制，其绘制方式是为了以最佳的方式呈现与本发明相关的具体特征与元件。此外，在不同附图间，以相同或相似的元件符号来指称相似的元件/部件。
具体实施方式
为了使本发明的叙述更加详尽与完备，下文针对了本发明的实施方式与具体实施例提出了说明性的描述；但这并非实施或运用本发明具体实施例的唯一形式。实施方式中涵盖了多个具体实施例的特征以及用以建构与操作这些具体实施例的方法步骤与其顺序。然而，亦可利用其他具体实施例来达成相同或均等的功能与步骤顺序。
除非本说明书另有定义，此处所用的科学与技术词汇的含义与本发明所属技术领域中具有通常知识者所理解与惯用的意义相同。此外，在不和上下文冲突的情形下，本说明书所用的单数名词涵盖该名词的复数型；而所用的复数名词时亦涵盖该名词的单数型。
图1是绘示依照本发明一实施例的一种直流对直流变换装置的控制方法1000的流程示意图。为使图1所示的直流对直流变换装置的控制方法1000易于理解，在此配合图2A、图2B、图2C绘示的输入输出波形示意图，以一并说明直流对直流变换装置的控制方法1000的流程。
首先，介绍图2A、图2B。请看到图2A、图2B上半部，直流对直流变换装置的输入直流电以Vin标示，其最小值以A标示，最大值以G标示，其余英文字母则分别标示输入直流电Vin的中间值。再者，直流对直流变换装置的输出直流电以Vbus标示，其最大值以Vbusmax标示，其最小值以Vbusmin标示，而Vbus1及Vbus2则为输出直流电的中间数值。此外，请看到图2A左下角，开关频率的最大值为fmax，fsmax为开关频率相对最大值，开关频率的最小值为fmin，fsmin为开关频率相对最小值，而J～T则为开关频率变化的中间点。再者，请参照图2B左下角，占空比的最大值为Dmax，Dsmax为占空比相对最大值，占空比的最小值为Dmin，而Dsmin为占空比相对最小值。
请一并参阅图1及图2A、图2B，以说明直流对直流变换装置的控制方法1000的流程。在步骤1100中，于第一区间(如输入直流电Vin的C到D点的区间)，根据直流对直流变换装置的输入直流电Vin以对应地控制直流对直流变换装置的输出直流电Vbus维持于第一数值Vbus1。在步骤1200中，于第二区间(如输入直流电Vin的D到E点的区间)，根据输入直流电Vin以对应地控制输出直流电Vbus维持于第二数值Vbus2。
此外，在步骤1300中，直流对直流变换装置的控制方法1000会控制输出直流电Vbus的第二数值Vbus2大于输出直流电Vbus的第一数值Vbus1。在步骤1400中，于第一区间及第二区间，直流对直流变换装置的控制方法1000会控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比在第一预设范围内。请参阅图2A，上述第一预设范围为fsmax至fsmin的范围。另外，请参阅图2B，上述第一预设范围为Dsmax至Dsmin的范围。然本发明并不以图1所示的实施例为限，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一，在不脱离本发明的精神的状况下，对上述实施例进行润饰，或者操作方式与上述实施例类似者，依旧落入本发明的范围内。
如步骤1100至1400所示，上述控制方式1000旨在控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比在一较小的范围内，以使直流对直流变换装置维持在高效率运转。
如上所述的直流对直流变换装置的控制方法1000皆可由软件、硬件与/或固件来执行。举例来说，若以执行速度及精确性为首要考量，则基本上可选用硬件与/或固件为主；若以设计弹性为首要考量，则基本上可选用软件为主；或者，可同时采用软件、硬件及固件协同作业。应了解到，以上所举的这些例子并没有所谓孰优孰劣之分，亦并非用以限制本发明，熟悉此项技艺者当视当时需要弹性设计。
再者，所属技术领域中具有通常知识者当可明白，直流对直流变换装置的控制方法1000中的各步骤依其执行的功能予以命名，仅是为了让本案的技术更加明显易懂，并非用以限定该等步骤。将各步骤予以整合成同一步骤或分拆成多个步骤，或者将任一步骤更换到另一步骤中执行，皆仍属于本发明的实施方式。
在一实施例中，如图2A、图2B所示，直流对直流变换装置的控制方法1000可控制输出直流电Vbus对应上述数值区间的输入直流电Vin呈现阶梯状变化。
在另一实施例中，输入直流电Vin的输入范围为数值可连续变化的数值区间。如图2A、图2B所示，上述数值区间可为A点至G点的区间，输入直流电Vin的输入范围为A点至G点的范围。如上所述，第一区间可为输入直流电Vin的C到D点的区间，第二区间可为输入直流电Vin的D到E点的区间，因此，上述数值区间包括第一区间和第二区间。关于上述数值区间，若A点对应的输入直流电Vin电压为40伏特(V)，G点对应的输入直流电Vin电压为60伏特(V)，则数值区间为40伏特(V)至60伏特(V)的区间，由此可知，输入直流电Vin的输入范围可在40伏特(V)至60伏特(V)之间连续变化。然本发明并不以上述数值为限，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一。
在又一实施例中，上述数值区间还包括最小值区间和最大值区间。所谓最小值区间可为输入直流电Vin的A到C点的区间，而最大值区间可为输入直流电Vin的F到G点的区间。由图2A、图2B可知，上述最小值区间包括输入直流电Vin的最小值A，而最大值区间包括输入直流电Vin的最大值G。
于再一实施例中，如图2A、图2B所示，于最小值区间和最大值区间控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比变化在第二预设范围。请参阅图2A，上述第二预设范围可为fmax至fsmin的范围或fsmax至fmin的范围。另外，请参阅图2B，上述第二预设范围可为Dmax至Dsmin的范围或Dsmax至Dmin的范围。
在另一实施例中，请参阅图2A，第二预设范围包括第一预设范围。于最小值区间，直流对直流变换装置的开关频率变化的第二预设范围的最小值小于第一预设范围的最小值，例如第二预设范围为fsmax至fmin的范围时，第二预设范围的最小值fmin小于第一预设范围的最小值fsmin。于最大值区间，直流对直流变换装置的开关频率变化的第二预设范围的最大值大于第一预设范围的最大值，例如第二预设范围为fmax至fsmin的范围时，第二预设范围的最大值fmax大于第一预设范围的最大值fsmax。
在又一实施例中，请参阅图2B，第二预设范围包括第一预设范围。于最小值区间，直流对直流变换装置的占空比变化的第二预设范围的最大值大于第一预设范围的最大值，例如直流对直流变换装置的占空比变化的第二预设范围为Dmax至Dsmin的范围，第二预设范围的最大值Dmax大于第一预设范围的最大值Dsmax。于最大值区间，直流对直流变换装置的占空比变化的第二预设范围的最小值小于第一预设范围的最小值，例如直流对直流变换装置的占空比变化的第二预设范围为Dsmax至Dmin的范围，第二预设范围的最小值Dmin小于第一预设范围的最小值Dsmin。
于再一实施例中，如图2A所示，输入直流电Vin于第一区间的变化差值(如：输入直流电Vin的C到D点的变化差值)等于输入直流电Vin于第二区间的变化差值(如：输入直流电Vin的D到E点的变化差值)。此外，第一区间对应的开关频率变化范围(如：开关频率fsmin至fsmax的变化范围)与第二区间对应的开关频率变化范围(如：开关频率fsmin至fsmax的变化范围)相同。
在另一实施例中，请参阅步骤1400及图2A，于上述第一区间及第二区间，直流对直流变换装置的控制方法1000用以控制开关频率随着输入直流电Vin的增大而增大。另一方面，请参阅步骤1400及图2B，于上述第一区间及第二区间，直流对直流变换装置的控制方法1000用以控制占空比随着输入直流电Vin的增大而减小。
在又一实施例中，请参阅图2A，对于当前输入直流电值，若开关频率为第一预设范围内最大值时，当输出直流电值大于第一数值Vbus1则控制开关频率以调整输出直流电Vbus为第二数值Vbus2。
于再一实施例中，请参阅图2A，对于当前输入直流电值，若开关频率为第一预设范围内最小值时，当输出直流电值小于第二数值Vbus2则控制开关频率以调整输出直流电Vbus为第一数值Vbus1。
在另一实施例中，请参阅图2B，对于当前输入直流电值，若占空比为第一预设范围内最小值时，当输出直流电值大于第一数值Vbus1则控制占空比以调整输出直流电Vbus为第二数值Vbus2。
在又一实施例中，请参阅图2B，对于当前输入直流电值，若占空比为第一预设范围内最大值时，当输出直流电值小于第二数值Vbus2则控制占空比以调整输出直流电为第一数值Vbus1。
为使本发明实施例的直流对直流变换装置的控制方法1000的流程更易于理解，以下将举一实际例子来详细说明上述控制方式。请参阅图2A，在本发明实施例中，采用谐振电路类型的直流对直流变换装置，此直流对直流变换装置的输入直流电Vin将被控制在一区间内，例如控制在图中A点至G点的区间内。在此预设A点的电压值为40伏特(V)，而G点的电压值为60伏特(V)。另外，预设最小输出直流电Vbusmin为9V，最大输出直流电Vbusmax为11.941V，并定义直流对直流变换装置的开关频率预设范围为fsmin～fsmax，其中fsmin为上述预设范围的最小值，其频率为95kHz，而其对应的电压增益为1.02。此外，fsmax为上述预设范围的最大值，其频率为105kHz，而其对应的电压增益为0.98。
于控制上，当输入直流电Vin为42V(B点)时，对应的开关频率为95kHz(J点)，此开关频率所对应的电压增益为1.02，此时输出直流电Vbus为9V。当输入直流电Vin由42V(B点)开始上升，开关频率亦随之由95kHz(J点)逐渐上升。若输入直流电Vin上升至43.714V(C点)，对应的开关频率为105kHz(K点)，此开关频率所对应的电压增益为0.98，此时输出直流电Vbus为9V。
倘若输入直流电Vin由43.714V(C点)持续上升，则开关频率会由105kHz(K点)下降至预设范围的最小值95kHz(R点)，此时，由于开关频率95kHz所对应的电压增益为1.02，因此，输出直流电Vbus由9V提升为9.367V，换言之，输入直流电Vin为43.714V所对应的输出直流电Vbus为9.367V。
接着，输入直流电Vin由43.714V(C点)开始上升，开关频率亦随之由95kHz(R点)逐渐上升，直至输入直流电Vin上升至45.497V(D点)时，开关频率上升至105kHz(L点)，此开关频率对应的电压增益为0.98，此时，输出直流电Vbus为9.367V。
然后，倘若输入直流电Vin由45.497V(D点)持续上升，则开关频率由105kHz(L点)下降至95kHz(T点)，此时，由于开关频率95kHz所对应的电压增益为1.02，因此，输出直流电Vbus由9.367V提升为9.749V，换言之，输入直流电Vin为45.497V所对应的输出直流电Vbus为9.749V。
反复执行上述控制方式，直至输入直流电Vin上升至55.725V，此时，开关频率为95kHz。由于开关频率95kHz所对应的电压增益为1.02，因此，输入直流电Vin为55.725V所对应的输出直流电Vbus为11.941V。随后，输入直流电Vin由55.725V开始上升，开关频率亦随之由95kHz逐渐上升。若输入直流电Vin上升至58V，此输入直流电Vin所对应的开关频率105kHz，此开关频率所对应的电压增益为0.98，此时，输出直流电Vbus为11.941V。
在上述控制方式下，举例而言，若输入直流电Vin上升4％，输出直流电Vbus随之一次性上升4％。此时，若输入直流电Vin持续上升，输出直流电Vbus维持不变，直到输入直流电Vin又一次性地上升4％时，输出直流电Vbus随之一次性上升4％，依此类推。然本发明并不以此实施例为限，其仅用以例示性地说明本发明的一实现方式，以使本发明的概念更易于理解。
为使本发明实施例的直流对直流变换装置的控制方法1000的流程更易于理解，以下将举另一实际例子来详细说明上述控制方式。请参阅图2B，在本实施例中，采用PWM型的直流对直流变换装置。当输入直流电Vin为最小值时(请参考A点)，输出直流电为Vbusmin。然后，随着输入直流电Vin增加，占空比由Dmax(请参考I点)逐渐降低至Dsmax(请参考J点)，此时，输出直流电依旧维持在Vbusmin。接着，若输入直流电Vin持续上升，占空比将由Dsmax逐渐降低至Dsmin(请参考K点)，此时，若输入直流电Vin持续上升，占空比将由Dsmin将提升至Dsmax(请参考L点)，同时，输出直流电由Vbusmin提升为Vbus1。
随后，若输入直流电Vin持续上升，占空比将由Dsmax降低至Dsmin(请参考M点)，此时，若输入直流电Vin持续上升，占空比将由Dsmin提升至Dsmax(请参考O点)，同时，输出直流电由Vbus1提升为Vbus2。如此反复调整，直至输入直流电Vin持续上升至最大值(请参考G点)，此时，占空比将降低至Dmin。
然而，本发明并不以上述步骤所示的控制方式为限，其仅用以例示性地说明本发明的一实现方式。本发明实施例的直流对直流转换装置的控制精神在于，根据输入直流电Vin以对应地控制输出直流电Vbus，且控制直流对直流变换装置的占空比始终维在一较小的范围(例如Dsmax至Dsmin的范围)内，以使直流对直流变换装置能维持在高效率运转。
另一方面，请参阅图2C，此为直流对直流变换装置的控制方法1000的另一种控制方式。如图所示，输入直流电以Vin标示，其最小值以R标示，最大值以S标示。再者，输出直流电以Vbus标示，其最大值于以G标示，其最小值以F标示。此外，输出直流电参考值以Vbusref标示，开关频率以f标示，而开关频率f于此保持在定值fset。
于控制上，若输入直流电Vin于R点至S点的范围内变化，输出直流电Vbus则被调整为F点至G点范围内的相应值。举例而言，若输入直流电Vin的值为R，则输出直流电Vbus的值为F，若输入直流电Vin的值为S，则输出直流电Vbus的值为G。在本实施例中，直流对直流变换装置可为谐振电路，此直流对直流变换装置的开关频率f保持在定值，若输入直流电Vin于R点至S点的范围内变化，由于开关频率f为定值，从而使得直流对直流变换装置维持高效率运转。然本发明并不以此实施例为限，其仅用以例示性地说明本发明的一实现方式，以使本发明的概念更易于理解。
图3是绘示依照本发明另一实施例的一种直流对直流变换装置100a的示意图。如图所示，直流对直流变换装置100a包括直流对直流功率转换单元110、输出检测电路120及控制驱动单元130。进一步来说，直流对直流功率转换单元110包括至少一开关器件(图中未示)，控制驱动单元130包括核心控制驱动器131及电压控制信号转换器132。
于操作上，上述直流对直流功率转换单元110接收输入直流电Vin以输出对应的输出直流电Vbus。输出检测电路120检测输出直流电Vbus以输出直流电检测信号Sdet。核心控制驱动器131输出控制驱动信号Sdrive至直流对直流功率转换单元110的所述开关器件。电压控制信号转换器132接收直流电检测信号Sdet和预设输出直流电信号Sbusset以输出控制信号Scon至核心控制驱动器131。
此外，电压控制信号转换器132当前输出的控制信号Scon反馈至电压控制信号转换器132。电压控制信号转换器132设置有允许控制信号Scon变化的控制信号预设范围，电压控制信号转换器132根据当前直流电检测信号Sdet调整预设输出直流电信号Sbusset直至控制信号Scon控制在控制信号预设范围。然本发明并不以图3所示的实施例为限，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一，在不脱离本发明的精神的状况下，对上述实施例进行润饰，或者操作方式与上述实施例类似者，依旧落入本发明的范围内。
在一实施例中，电压控制信号转换器132包括输出直流电调节模块133、控制信号处理器134及电压信号转换器135。于操作上，控制信号处理器134设有控制信号预设范围(如：Sset设在一预设范围内，此范围可依照实际需求来加以设定)，此外，控制信号处理器134可接收当前控制信号Scon，并比较当前控制信号Scon和控制信号预设范围而输出预设输出直流电信号调节量Sreg。再者，输出直流电调节模块133接收预设输出直流电信号调节量Sreg、预设输出直流电信号Sbusset和直流电检测信号Sdet以输出电压控制信号Svol。电压信号转换器135接收电压控制信号Svol而输出控制信号Scon。
在另一实施例中，输出直流电调节模块133包含预设直流电调节器133A及电压调节器133B。于操作上，预设直流电调节器133A接收所述预设输出直流电信号Sbusset和所述预设输出直流电调节量Sreg以输出参考输出直流电信号Sbusref并将当前所述预设输出直流电信号Sbusset更新为当前所述参考输出直流电信号Sbusref。电压调节器133B接收所述参考输出直流电信号Sbusref和所述直流电检测信号Sdet以输出所述电压控制信号Svol。
在又一实施例中，输出直流电调节模块133还包括饱和限幅器133C，饱和限幅器133C设置于预设直流电调节器133A与电压调节器133B之间，用以限定所述参考输出直流电信号Sbusref于设定范围内。
于再一实施例中，电压控制信号转换器132还包括非线性控制器136，此非线性控制器136设置于控制信号处理器134与输出直流电调节模块133之间。预设输出直流电信号调节量Sreg经所述非线性控制器136输出至输出直流电调节模块133。
图4是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置100b的示意图。图4的直流对直流变换装置100b为实现图3所述的直流对直流变换装置100a的一种态样。在图4中，直流对直流变换装置100b为谐振型直流对直流装置，因此，直流对直流变换装置100b采用开关频率的控制策略。在图4中，图3的输出检测电路120可采用分压电路来实作，图3的控制信号处理器134、预设直流电调节器133A及电压调节器133B可采用计算器来实作，图3的电压信号转换器135可采用电压频率转换器135a来实作。
于操作上，控制信号处理器134可将预设开关频率Fset与开关频率Fcon进行相减以产生预设输出直流电调节量Vreg。预设开关频率Fset可设定在一范围内，如设定在图2A所示的开关频率范围fsmin～fsmax。随后，由预设直流电调节器133A将预设输出直流电调节量Vreg与预设输出直流电Vbusset进行相加以产生输出参考输出直流电Vbusref。另一方面，输出检测电路120可对输出直流电Vbus进行分压以产生直流电检测电压Vdet，接着，电压调节器133B将输出参考输出直流电Vbusref减去直流电检测电压Vdet以产生控制电压Vvol，再由电压频率转换器135a将控制电压Vvol转换为开关频率Fcon。随后，核心控制驱动器131即可接收并根据开关频率Fcon以驱动直流对直流功率转换单元110。然本发明并不以此实施例为限，其仅用以例示性地说明本发明的一实现方式，以使本发明的概念更易于理解。
图5是绘示依照本发明又一实施例的一种直流对直流变换装置100c的示意图。相较于图4，图5的直流对直流变换装置100c还包含非线性控制器136，于操作上，控制信号处理器134可将预设开关频率Fset与开关频率Fcon进行比较以产生频率差Ferr，上述非线性控制器136可对频率差Ferr进行处理以产生预设输出直流电调节量Vreg。详细的比较方式举例如下，预设开关频率Fset可设定在一范围内，如设定在图2A所示的开关频率范围fsmin～fsmax，若采样开关频率Fcon落在开关频率范围fsmin～fsmax，则维持原开关频率。若采样开关频率Fcon大于开关频率范围的最大值fsmax，则将开关频率范围的最大值fsmax减去采样开关频率Fcon而产生频率差Ferr。若采样开关频率Fcon小于开关频率范围的最小值fsmin，则将开关频率范围的最小值fsmin减去采样开关频率Fcon而产生频率差Ferr。然本发明不以上述比较方式为限，其仅用以例示性地说明本发明的实现方式之一，以使本发明的概念更易于理解。
在本实施例中，非线性控制器136可为但不限于比例调节器、比例积分器或比例积分微分调节器。此外，相较于图4，图5的直流对直流变换装置100c还包含饱和限幅器133C，饱和限幅器133C用以限定参考输出直流电Vbusref于设定范围内，此设定范围可视实际需求而适应性地进行设定。
在本实施例中，关于谐振型直流对直流装置请参阅图6。图6是绘示依照本发明另一实施例的一种谐振电路类型的直流对直流变换装置的示意图。如图所示，此为一LLC全桥电路，副边是全桥同步整流电路，适合用在开关频率控制，输入电压以Vin+和Vin-标示，输入滤波电容以Cin标示，原边开关元件以Q1～Q4标示，谐振电感以Ls标示，变压器以Tr标示，谐振电容以Cs标示，副边开关元件以Q5～Q8标示，母线输出滤波电容以Cbus标示，母线电压以Vbus+和Vbus-标示。然本发明并不以图6所示为限，其仅用以例示性地说明本发明实现方式之一，在其它实施例中，谐振电路类型的直流对直流功率转换单元110亦可采用LLC对称半桥电路或LLC不对称半桥电路，另外，副边电路也可包含全桥不可控整流电路、全波不可控整流电路或全波同步整流电路，当视实际需求而定。
图7是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置100d的示意图。图7的直流对直流变换装置100d为实现图3所述的直流对直流变换装置100a的一种方式。在图7中，直流对直流变换装置100d为PWM型直流对直流装置，因此，直流对直流变换装置100d采用占空比的控制策略。在图7中，图3的输出检测电路120可采用分压电路来实作，图3的控制信号处理器134、预设直流电调节器133A及电压调节器133B可采用计算器来实作，图3的电压信号转换器135可采用电压占空比转换器135b来实作。
需说明的是，图7的直流对直流变换装置100d的部分操作方式类似于图4所示的直流对直流变换装置100b，此处仅就两者不同处加以说明，以使本发明说明简洁。于操作上，控制信号处理器134可将预设占空比Dset与占空比Dcon进行比较以产生预设输出直流电调节量Vreg。预设预设占空比Dset可设定在一范围内，如设定在图2B所示的占空比范围Dsmin～Dsmax。另外，电压占空比转换器135b将控制电压Vvol转换为占空比Dcon。随后，核心控制驱动器131即可接收并根据占空比Dcon以驱动直流对直流功率转换单元110。然本发明并不以此实施例为限，其仅用以例示性地说明本发明的一实现方式，以使本发明的概念更易于理解。
图8是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置100e的示意图。相较于图7，图8的直流对直流变换装置100e还包含非线性控制器136及饱和限幅器133C。于操作上，控制信号处理器134可将预设占空比Dset与占空比Dcon进行比较以产生占空比差Derr，上述非线性控制器136可对占空比差Derr进行处理以产生预设输出直流电调节量Vreg。
在本实施例中，关于PWM型直流对直流装置请参阅图9。图9是绘示依照本发明另一实施例的一种脉宽调制电路类型的直流对直流功率转换单元110的示意图。如图所示，此为一移相全桥电路，副边是全桥同步整流电路，适合用在占空比控制，输入电压以Vin+和Vin-标示，输入滤波电容以Cin标示，原边开关元件以Q1～Q4标示，谐振电感以Lr标示，变压器以Tr标示，滤波电容以Cr标示，副边开关元件以Q5～Q8标示，母线输出滤波电容以Cbus标示，母线电压以Vbus+和Vbus-标示。然本发明并不以图9所示为限，其仅用以例示性地说明本发明实现方式之一，在其它实施例中，PWM型的直流对直流功率转换单元110亦可采用降压型(buck)电路，另外，副边电路也可包含全桥不可控整流电路、全波不可控整流电路或全波同步整流电路，当视实际需求而定。
图10是绘示依照本发明再一实施例的一种直流对直流变换装置100f的示意图。如图所示，直流对直流变换装置100f包含直流对直流功率转换单元210、计算电路220、计算电路230及驱动电路240。上述直流对直流变换器210是用来将输入直流电Vin转换为输出直流电Vbus。计算电路220可根据直流对直流功率转换单元210的回授参数Pfb及预设参数Pref以产生参考电压Vbusref。计算电路230可根据参考电压Vbusref及直流对直流功率转换单元210的回授电压Vbusfb以产生驱动参数Pdrive，而驱动电路240接收并根据驱动参数Pdrive以驱动直流对直流功率转换单元210。
上述采用回授参数Pfb及回授电压Vbusfb的反馈型控制方式，将使得输出直流电Vbus随输入直流电Vin或输出功率而进行变化，这种类型的控制方式将可使直流对直流功率转换单元210的回授参数Pfb(例如开关频率、占空比)维持在小范围内变化，进而保持直流对直流功率转换单元210始终维持高转换效率。
进一步而言，直流对直流功率转换单元210可为谐振电路，此时上述回授参数Pfb可采用直流对直流功率转换单元210的开关频率Ffb，而能使谐振电路类型的直流对直流功率转换单元210的控制方式达到最佳效率。另一方面，直流对直流变换器210可为PWM型直流对直流换装置，此时上述回授参数Pfb可采用直流对直流功率转换单元210的占空比Dfb，而能使PWM型直流对直流装置的控制方式达到最佳效率。
由上述本发明实施方式可知，应用本发明具有下列优点。本发明实施例提供一种直流对直流变换装置及其控制方法，此直流对直流变换装置及其控制方法可根据输入直流电以对应地控制输出直流电，且控制直流对直流变换装置的开关频率或占空比始终维在一较小的范围内，以使直流对直流变换装置能维持在高效率运转。
虽然上文实施方式中揭露了本发明的具体实施例，然其并非用以限定本发明，本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不悖离本发明的原理与精神的情形下，当可对其进行各种更动与修饰，因此本发明的保护范围当以附随权利要求书所界定的范围为准。

Claims (20)

1.一种直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，包含：
于一第一区间，根据该直流对直流变换装置的一输入直流电压以对应地控制该直流对直流变换装置的一输出直流电压维持于一第一数值；
于一第二区间，根据该输入直流电压以对应地控制该输出直流电压维持于一第二数值,其中所述第二区间是直接接续所述第一区间之后；
控制该直流对直流变换器输出的该输出直流电压的该第二数值大于该直流对直流变换器输出的该输出直流电压的该第一数值；以及
于该第一区间及该第二区间，控制该直流对直流变换装置的一开关频率或一占空比在一第一预设范围内。
2.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，该输入直流电压的输入范围为一数值可连续变化的数值区间，该数值区间包括所述第一区间和所述第二区间。
3.根据权利要求2所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，控制该直流对直流变换装置的该输出直流电压对应该数值区间的输入直流电压呈现阶梯状变化。
4.根据权利要求2所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，该数值区间还包括一最小值区间和一最大值区间；该最小区间包括该输入直流电压的最小值，该最大区间包括该输入直流电压的最大值。
5.根据权利要求4所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，于该最小值区间和该最大值区间控制该直流对直流变换装置的开关频率或占空比变化在一第二预设范围。
6.根据权利要求5所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，该第二预设范围包括该第一预设范围；于最小值区间，该直流对直流变换装置的开关频率变化的一第二预设范围的最小值小于该第一预设范围的最小值；于最大值区间，该直流对直流变换装置的开关频率变化的该第二预设范围的最大值大于该第一预设范围的最大值。
7.根据权利要求5所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，该第二预设范围包括该第一预设范围；于最小值区间，该直流对直流变换装置的占空比变化的该第二预设范围的最大值大于该第一预设范围的最大值；于最大值区间，该直流对直流变换装置的开关频率变化的该第二预设范围的最小值小于该第一预设范围的最小值。
8.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，该输入直流电压于该第一区间的变化差值等于该输入直流电压于该第二区间的变化差值；该第一区间对应的开关频率变化范围与该第二区间对应的开关频率变化范围相同。
9.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，控制该直流对直流变换装置的该开关频率或该占空比于该预设范围内的步骤包含：
于该第一区间及该第二区间，控制该开关频率随着该输入直流电压的增大而增大，或控制该占空比随着该输入直流电压的增大而减小。
10.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于；包括：
对于当前输入直流电压值，若开关频率为该第一预设范围内最大值时，当输出直流电压值大于该第一数值则控制该开关频率以调整输出直流电压为该第二数值。
11.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，包括：
对于当前输入直流电压值，若开关频率为该第一预设范围内最小值时，当输出直流电压值小于该第二数值则控制该开关频率以调整输出直流电压为该第一数值。
12.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，包括：
对于当前输入直流电压值，若占空比为该第一预设范围内最小值时，当输出直流电压值大于该第一数值则控制该占空比以调整该输出直流电压为该第二数值。
13.根据权利要求1所述的直流对直流变换装置的控制方法，其特征在于，包括：
对于当前输入直流电压值，若占空比为该第一预设范围内最大值时，当输出直流电压值小于该第二数值则控制该占空比以调整该输出直流电压为该第一数值。
14.一种直流对直流变换装置，其特征在于，该直流对直流变换装置包括：
一直流对直流功率转换单元，包括至少一开关器件，所述直流对直流功率转换单元接收一输入直流电压输出一对应的输出直流电压；
一输出检测电路，检测所述输出直流电压以输出一直流电检测信号；和
一控制驱动单元，包括：一核心控制驱动器，输出一控制驱动信号至所述开关器件；和一电压控制信号转换器，接收该直流电检测信号和一预设输出直流电压信号输出一控制信号至该核心控制驱动器，所述电压控制信号转换器当前输出的该控制信号反馈至该电压控制信号转换器，该电压控制信号转换器设置有允许该控制信号变化的控制信号预设范围，该电压控制信号转换器根据当前该直流电检测信号调整预设输出直流电压信号直至该控制信号控制在该控制信号预设范围。
15.根据权利要求14所述的直流对直流变换装置，其特征在于，所述电压控制信号转换器包括：
一控制信号处理器，所述控制信号处理器设有控制信号预设范围和接收当前该控制信号，比较当前该控制信号和控制信号预设范围而输出预设输出直流电压信号调节量；
一输出直流电压调节模块，接收预设输出直流电压信号调节量、该预设输出直流电压信号和该直流电检测信号输出一电压控制信号；以及
一电压信号转换器，接收该电压控制信号输出该控制信号。
16.根据权利要求15所述的直流对直流变换装置，其特征在于，所述输出直流电压调节模块包括：
一预设直流电调节器，接收所述预设输出直流电压信号和所述预设输出直流电压调节量以输出一参考输出直流电压信号并将当前所述预设输出直流电压信号更新为当前所述参考输出直流电压信号；和
一电压调节器，接收所述参考输出直流电压信号和所述直流电检测信号以输出所述电压控制信号。
17.根据权利要求16所述的直流对直流变换装置，其特征在于，该输出直流电压调节模块还包括：
一饱和限幅器，该饱和限幅器设置于该预设直流电调节器与该电压调节器之间，限定所述参考输出直流电压信号于一设定范围内。
18.根据权利要求15所述的直流对直流变换装置，其特征在于，该电压控制信号转换器还包括：
一非线性控制器，该非线性控制器设置于该控制信号处理器与该输出直流电压调节模块之间，该预设输出直流电压信号调节量经所述非线性控制器输出至该输出直流电压调节模块。
19.根据权利要求14所述的直流对直流变换装置，其特征在于，所述直流对直流变换装置为谐振型直流对直流装置，该电压控制信号转换器输出的控制信号为频率信号。
20.根据权利要求14所述的直流对直流变换装置，其特征在于，所述直流对直流变换装置为PWM型直流对直流装置，该电压控制信号转换器输出的控制信号为占空比信号。
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