CN105226922B - 电压转换器及电压转换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电压转换器及电压转换方法，该电压转换器包括电压转换电路、脉波宽度调制信号产生模块、反馈控制模块以及减法器。电压转换电路根据一脉波宽度调制信号将一输入电压转换为一输出电压。脉波宽度调制信号产生模块用以根据一控制信号产生脉波宽度调制信号。反馈控制模块用以根据一反馈信号产生控制信号。减法器用以将第一参考电压减除输出电压，以产生反馈信号。第一参考电压的一交流成分的相位与输入电压的相位大致相反。本发明可使连接于电压转换器的输出端的后端电路在操作上更为稳定。

Description

电压转换器及电压转换方法

技术领域

本案涉及一种电子装置。特别涉及一种电压转换器及电压转换方法。

背景技术

随着科技的快速进展，电压转换器已广泛地使用在各式电子产品中。

电压转换器具有一输入端及一输出端。电压转换器可将输入端上具有一电压电平的输入电压转换为输出端上具有另一电压电平的输出电压。一般而言，在电压转换的过程中，会产生与输入电压具有相同频率及相位的涟波电压(ripple voltage)于输出端上。此涟波电压可能造成连接于输出端的后端电路于操作上的不稳定。

是以，一种可消减输出端的涟波电压的方法当被提出。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种电压转换器。根据本发明一实施例，该电压转换器包括一电压转换电路、一脉波宽度调制信号产生模块、一反馈控制模块以及一减法器。该电压转换电路用以接收一脉波宽度调制信号，并根据该脉波宽度调制信号将一输入电压转换为一输出电压。该脉波宽度调制信号产生模块电性连接该电压转换电路。该脉波宽度调制信号产生模块用以接收一控制信号，并根据该控制信号产生该脉波宽度调制信号。该反馈控制模块电性连接该脉波宽度调制信号产生模块。该反馈控制模块用以接收一反馈信号，并根据该反馈信号产生该控制信号。该减法器电性连接该电压转换电路与该反馈控制模块。该减法器用以接收一第一参考电压以及该输出电压，并将该第一参考电压减除该输出电压，以产生该反馈信号。该第一参考电压的一交流成分的相位与该输入电压的相位大致相反。

根据本发明一实施例，该第一参考电压的该交流成分的频率与该输入电压的频率大致相同。

根据本发明一实施例，该电压转换器还包括一参考电压产生模块，用以接收一第二参考电压以及一交流的操作电压，并用以根据该第二参考电压以及该交流的操作电压产生该第一参考电压。该第二参考电压为直流电压。

根据本发明一实施例，该输出电压的电压电平相应于该直流的第二参考电压的电压电平。

根据本发明一实施例，该交流的操作电压的相位与该输入电压的相位大致相同，且该交流的操作电压的频率与该输入电压的频率大致相同。

根据本发明一实施例，该参考电压产生模块用以根据该交流的操作电压的频率与相位产生一参考波形，并根据该参考波形以及该第二参考电压产生该第一参考电压。该参考波形的相位与该输入电压的相位大致相反，该参考波形的频率与该输入电压的频率大致相同，且参考波形与该输入电压的波形大致相同。

根据本发明一实施例，该参考电压产生模块包括一锁相回路、一波形产生器、一振幅调整器以及一加法器。该锁相回路用以解析出该交流的操作电压的频率与相位。该波形产生器电性连接该锁相回路，用以根据解析出的该交流的操作电压的频率与相位，产生该参考波形。该参考波形的相位与该输入电压的相位大致相反，该参考波形的频率与该输入电压的频率大致相同，且参考波形与该输入电压的波形大致相同。该振幅调整器电性连接该波形产生器，用以调整该参考波形的振幅。加法器电性连接该振幅调整器，用以加总该调整振幅后的参考波形以及该第二参考电压，以产生该第一参考电压。

根据本发明一实施例，该电压转换器还包括一参考电压产生模块，用以接收一第二参考电压以及该输出电压，并用以根据该第二参考电压以及该输出电压产生该第一参考电压，其中该第二参考电压为直流电压。

根据本发明一实施例，其中该第一参考电压由一直流参考电压及一交流电压所组成。

本发明的另一目的为提供一种电压转换方法。根据本发明一实施例，该电压转换方法包括：通过一电压转换电路，根据一脉波宽度调制信号，将一输入电压转换为一输出电压；将一第一参考电压减除该输出电压，以产生一反馈信号，其中该第一参考电压的一交流成分的相位与该输入电压的相位大致相反；根据该反馈信号产生一控制信号；以及根据该控制信号产生该脉波宽度调制信号。

根据本发明一实施例，该第一参考电压的该交流成分的频率与该输入电压的频率大致相同。

根据本发明一实施例，该电压转换方法还包括：根据一第二参考电压以及一交流的操作电压产生该第一参考电压。该第二参考电压为直流电压。

根据本发明一实施例，该输出电压的电压电平相应于该直流的第二参考电压的电压电平。

根据本发明一实施例，该交流的操作电压的相位与该输入电压的相位大致相同，且该交流的操作电压的频率与该输入电压的频率大致相同。

根据本发明一实施例，根据该第二参考电压以及该交流的操作电压产生该第一参考电压的步骤包括：解析出该交流的操作电压的频率与相位；根据解析出的该交流的操作电压的频率与相位，产生该参考波形，其中该参考波形的相位与该输入电压的相位大致相反，该参考波形的频率与该输入电压的频率大致相同，且参考波形与该输入电压的波形大致相同；调整该参考波形的振幅；以及加总该调整振幅后的参考波形以及该第二参考电压，以产生该第一参考电压。

根据本发明一实施例，该电压转换方法还包括：根据一第二参考电压以及以及该输出电压产生该第一参考电压，其中该第二参考电压为直流电压。

根据本发明一实施例，其中该第一参考电压由一直流参考电压及一交流电压所组成。

本发明的有益效果在于，综上所述，通过应用上述一实施例，可消减输出电压上的涟波电压。如此一来，可使连接于电压转换器的输出端的后端电路在操作上更为稳定。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的电压转换器的示意图；

图2为根据本发明一实施例所绘示的不同信号的示意图；

图3为根据本发明一实施例所绘示的参考电压产生模块的示意图；

图4A为根据一比较例中的电压转换器的输出电压所绘示的示意图；

图4B为根据本发明一实施例的电压转换器的输出电压所绘示的示意图；

图5为根据本发明另一实施例所绘示的电压转换器的示意图；以及

图6为根据本发明一实施例所绘示的电压转换方法的流程图。

其中，附图标记说明如下：

100：电压转换器

100a：电压转换器

110：电压转换电路

120：脉波宽度调制信号产生模块

130：反馈控制模块

140：参考电压产生模块

142：锁相回路

144：波形产生器

146：振幅调整器

SB：减法器

AD：加法器

VIN：输入电压

VO：输出电压

CT：控制信号

PWM：脉波宽度调制信号

VFB：反馈信号

VREF1：第一参考电压

VREF2：第二参考电压

L-N：操作电压

WV：参考波形

WV-A：调整振幅后的参考波形

P1-P3：电压电平

D：第一参考电压的直流成分

A：第一参考电压的交流成分

600：电压转换方法

S0-S3：步骤

具体实施方式

以下将以附图及详细叙述清楚说明本揭示内容的精神，任何本技术领域的技术人员在了解本揭示内容的较佳实施例后，当可由本揭示内容所教示的技术，加以改变及修饰，其并不脱离本揭示内容的精神与范围。

关于本文中所使用的“电性连接”，可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，而“电性连接”还可指二或多个元件相互操作或动作。

于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本案，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。

关于本文中所使用的“包括”、“具有”等等，均为开放性的用语，即意指包括但不限于。

关于本文中所使用的“及/或”，包括所述事物的任一或全部组合。

关于本文中所使用的用语“大致”等，用以修饰任何可些微变化的数量或误差，但这种些微变化或误差并不会改变其本质。一般而言，此类用语所修饰的些微变化或误差的范围为20％，在部分较佳实施例中为10％，在部分更佳实施例中为5％。

关于本文中所使用的术语(terms)，除有特别注明外，通常具有每个术语使用在此领域中、在此揭露的内容中与特殊内容中的平常意义。某些用以描述本揭露的术语将于下或在此说明书的别处讨论，以提供本领域技术人员在有关本揭露的描述上额外的引导。

图1为根据本发明一实施例所绘示的电压转换器100的示意图。电压转换器100具有输入端与输出端，输入端用以接收输入电压VIN(其电压电平例如为400V)，输出端用以输出输出电压VO(其电压电平例如为12V)。电压转换器100用以将输入电压VIN转换为输出电压VO。在一实施例中，输入电压VIN可为一市电电压(mains supply voltage)。

在本实施例中，电压转换器100包括电压转换电路110、脉波宽度调制信号产生模块120、反馈控制模块130、参考电压产生模块140以及减法器SB。在本实施例中，电压转换电路110电性连接脉波宽度调制信号产生模块120与减法器SB。脉波宽度调制信号产生模块120电性连接反馈控制模块130。反馈控制模块130电性连接减法器SB。参考电压产生模块140电性连接减法器SB。

在本实施例中，电压转换电路110、脉波宽度调制信号产生模块120、反馈控制模块130、参考电压产生模块140以及减法器SB皆可用硬件电路实现。然而，在不同实施例中，脉波宽度调制信号产生模块120、反馈控制模块130、参考电压产生模块140以及减法器SB的功能可用处理器执行存储于电脑可读取记录媒体中的电脑程序实现。处理器例如可为中央处理器(central processing unit，CPU)、数字信号处理器(digital signal processor，DSP)、微处理器(micro processor)或其他可执行指令的硬件元件。电脑可读取记录媒体例如可为只读存储器、闪存、软盘、硬盘、光盘、随身碟、磁带、可由网络存取的数据库或其他类型的存储元件。

在本实施例中，电压转换电路110用以接收脉波宽度调制信号PWM与输入电压VIN，并根据脉波宽度调制信号PWM将输入电压VIN转换为输出电压VO。在一实施例中，电压转换电路110可用一惯用的直流对直流电压转换电路实现。

在本实施例中，脉波宽度调制信号产生模块120用以接收控制信号CT，并根据控制信号CT产生脉波宽度调制信号PWM。在一实施例中，脉波宽度调制信号产生模块120可用一惯用的脉波宽度调制器(pulse width modulator、PWM)、脉波频率调制器(pulsefrequency modulator、PFM)、或固定脉波宽度调制器(fixed pulse width modulator、FPWM)实现。

在本实施例中，反馈控制模块130用以接收反馈信号VFB，并根据反馈信号VFB产生控制信号CT。在一实施例中，反馈控制模块130可用惯用的P型控制器(P controller)、PI型控制器(PI controller)、2p2z型控制器(2p2z controller)、3p3z型控制器(3p3zcontroller)、及/或低通滤波器所实现。

在本实施例中，减法器SB用以接收第一参考电压VREF1以及输出电压VO，并将第一参考电压VREF1减除输出电压VO，以产生反馈信号VFB。换言之，反馈信号VFB可为输出电压VO与第一参考电压VREF1之间的电压差。反馈控制模块130可根据第一参考电压VREF1与输出电压VO之间的电压差，以控制脉波宽度调制信号产生模块120产生脉波宽度调制信号PWM，以提升或降低输出电压VO的。

举例而言，在输出电压VO低于第一参考电压VREF1时，反馈控制模块130可根据输出电压VO与第一参考电压VREF1之间的电压差控制脉波宽度调制信号产生模块120，以提升输出电压VO。相对地，在输出电压VO高于第一参考电压VREF1时，反馈控制模块130可根据输出电压VO与第一参考电压VREF1之间的电压差控制脉波宽度调制信号产生模块120，以降低输出电压VO。亦即，输出电压VO的电压电平对应于第一参考电压VREF1。

在本实施例中，参考电压产生模块140用以接收第二参考电压VREF2以及操作电压L-N，并根据第二参考电压VREF2以及操作电压L-N产生第一参考电压VREF1。在一实施例中，第一参考电压VREF1可由一直流参考电压(例如是第一参考电压VREF1的直流成分D)及一交流电压(例如是第一参考电压VREF1的交流成分A)所组成，且第一参考电压VREF1的交流成分A的相位与输入电压VIN的相位大致相反，第一参考电压VREF1的交流成分A的频率与输入电压VIN的频率大致相同。在一实施例中，第二参考电压VREF2为直流电压，且操作电压L-N为交流电压。在一实施例中，输出电压VO的电压电平对应第二参考电压VREF2。在一实施例中，操作电压L-N与输入电压VIN的频率及相位彼此大致相同。在一实施例中，在一实施例中，操作电压L-N可为一市电取样电压(sample voltage of mains supply)。

在一些做法中，第一参考电压VREF1为单纯的直流电压。此时，输出电压VO的电压电平会随输入电压VIN变化，而产生涟波电压(参照图4A)。涟波电压的频率与相位与输入电压VIN的频率与相位大致相同。

相对地，在本实施例中，由于第一参考电压VREF1的交流成分A的相位与输入电压VIN的相位大致相反，且第一参考电压VREF1的交流成分A的频率与输入电压VIN的频率大致相同，故输出电压VO的电压电平同时随具有相同频率、相反相位的第一参考电压VREF1的交流成分A与输入电压VIN进行变化，而使得第一参考电压VREF1与输入电压VIN对输出电压VO的影响彼此抵消(参照图4B)。

如此一来，即可消减输出电压VO上的涟波电压，而使得连接于电压转换器100的输出端的后端电路(未绘示)更为稳定。

参照图2，图2为根据本发明一实施例所绘示的不同信号的示意图。如图所示，操作电压L-N与输入电压VIN的频率及相位彼此大致相同。第一参考电压VREF1的交流成分A的相位与输入电压VIN的相位大致相反，第一参考电压VREF1的交流成分A的频率与输入电压VIN的频率大致相同。第一参考电压VREF1的直流成分D的电压电平P2大致等于第二参考电压VREF2的电压电平P1。反馈信号VFB为第一参考电压VREF1与输出电压VO之间的电位差。第二参考电压VREF2为直流电压，且输出电压VO的电压电平P3相应于第二参考电压VREF2的电压电平P1。在一实施例中，输出电压VO的电压电平P3大致相等于第二参考电压VREF2的电压电平P1。

图3为根据本发明一实施例所绘示的参考电压产生模块140的示意图。在本实施例中，参考电压产生模块140包括锁相回路142、波形产生器144、振幅调整器146以及加法器AD。锁相回路142电性连接波形产生器144。波形产生器144电性连接振幅调整器146。振幅调整器146电性连接加法器AD。

在本实施例中，锁相回路142用以接收操作电压L-N，并解析出操作电压L-N的频率与相位。

在本实施例中，波形产生器144用以根据解析出的操作电压L-N的频率与相位，产生参考波形WV。参考波形WV的相位与输入电压VIN及操作电压L-N的相位大致相反，参考波形WV的频率与输入电压VIN及操作电压L-N的频率大致相同，且参考波形WV与输入电压VIN的波形大致相同。例如，在输入电压VIN的波形为正弦波的情况下，参考波形WV即为反相的正弦波(参照图2)。

在本实施例中，振幅调整器146用以接收参考波形WV，并调整(如放大或缩小)参考波形WV的振幅，以产生调整振幅后的参考波形WV-A。在一实施例中，振幅调整器146可用放大器实现。应注意到，振幅调整器146的放大倍率(或增益)可依实际需求决定。

在本实施例中，加法器AD用以接收调整振幅后的参考波形WV-A以及第二参考电压VREF2，并加总调整振幅后的参考波形WV-A以及第二参考电压VREF2，以产生第一参考电压VREF1。

通过上述的设置，即可以硬件电路实现参考电压产生模块140。然而，当注意到，在不同实施例中，锁相回路142、波形产生器144、振幅调整器146以及加法器AD的功能可用处理器执行存储于电脑可读取记录媒体中的电脑程序实现，故本案不以上述实施例为限。

图4A为根据一比较例中的电压转换器的输出电压所绘示的示意图。图4B为根据本发明一实施例的电压转换器100的输出电压VO所绘示的示意图。很明显地，通过应用本案实施例的电压转换器100，可消减输出电压VO上的涟波电压，而使得连接于电压转换器100的输出端的后端电路更为稳定。

图5为根据本发明另一实施例所绘示的电压转换器100a的示意图。电压转换器100a包括电压转换电路110、脉波宽度调制信号产生模块120、反馈控制模块130、参考电压产生模块140以及减法器SB。当注意到，电压转换器100a与上述实施例中的电压转换器100大致相似。电压转换器100a与上述实施例中的电压转换器100之间的主要差异在于，本实施例中的参考电压产生模块140是根据输出电压VO产生第一参考电压VREF1，而非根据操作电压L-N产生第一参考电压VREF1，故重复的部分在此不赘述。

通过上述的设置，参考电压产生模块140可产生第一参考电压VREF1，且第一参考电压VREF1的交流成分A的相位大致相反于输入电压VIN的相位。如此一来，即可消减输出电压VO上的涟波电压，而使得连接于电压转换器100a的输出端的后端电路更为稳定。

本发明的另一实施态样为一种电压转换方法。此一电压转换方法可应用于相同或相似于图1、图5中的电压转换器100、100a。为使叙述简单，以下将根据本发明一实施例，以图1中的电压转换器100为例进行此一电压转换方法的叙述，然本发明不以此应用为限。

另外，应了解到，在本实施方式中所提及的上述电压转换方法的步骤，除特别叙明其顺序者外，均可依实际需要调整其前后顺序，甚至可同时或部分同时执行。

图6为根据本发明一实施例所绘示的电压转换器的电压转换方法600的流程图。

在步骤S0中，通过电压转换电路110，根据脉波宽度调制信号PWM将输入电压VIN转换为输出电压VO。

在步骤S1中，通过减法器，将第一参考电压VREF1减除输出电压VO，以产生反馈信号VFB。在一实施例中，第一参考电压VREF1由一交流电压及一直流参考电压组成，且第一参考电压VREF1的相位与输入电压VIN的相位大致相反，第一参考电压VREF1的交流成分的频率与输入电压VIN的频率大致相同。

在步骤S2中，通过反馈控制模块130，根据反馈信号VFB产生控制信号CT。

在步骤S3中，通过脉波宽度调制信号产生器120，根据控制信号CT产生脉波宽度调制信号PWM，以令电压转换电路110根据此一脉波宽度调制信号PWM将输入电压VIN转换为输出电压VO。

通过应用上述一实施例，即可消减输出电压VO上的涟波电压，而使得连接于电压转换器100a的输出端的后端电路更为稳定。

当注意到，上述步骤S0-S3的具体细节可参照前述实施态样，在此不赘述。

虽然本案已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本案，任何本技术领域的技术人员，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案之保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims (17)

1.一种电压转换器，包括：

一电压转换电路，用以接收一脉波宽度调制信号，并根据该脉波宽度调制信号将一输入电压转换为一输出电压；

一脉波宽度调制信号产生模块，电性连接该电压转换电路，其中该脉波宽度调制信号产生模块用以接收一控制信号，并根据该控制信号产生该脉波宽度调制信号；

一反馈控制模块，电性连接该脉波宽度调制信号产生模块，其中该反馈控制模块用以接收一反馈信号，并根据该反馈信号产生该控制信号；

一减法器，电性连接该电压转换电路与该反馈控制模块，其中该减法器用以接收一第一参考电压以及该输出电压，并将该第一参考电压减除该输出电压，以产生该反馈信号，其中该第一参考电压的一交流成分的相位与该输入电压的相位相反，该交流成分的相位的误差范围为20％。

2.如权利要求1所述的电压转换器，其中该第一参考电压的该交流成分的频率与该输入电压的频率相同，该交流成分的频率的误差范围为20％。

3.如权利要求1所述的电压转换器，其中该电压转换器还包括：

一参考电压产生模块，用以接收一第二参考电压以及一交流的操作电压，并用以根据该第二参考电压以及该交流的操作电压产生该第一参考电压，其中该第二参考电压为直流电压。

4.如权利要求3所述的电压转换器，其中该输出电压的电压电平相应于该直流的第二参考电压的电压电平。

5.如权利要求3所述的电压转换器，其中该交流的操作电压的相位与该输入电压的相位相同，该交流的操作电压的相位的误差范围为20％，且该交流的操作电压的频率与该输入电压的频率相同，该交流的操作电压的频率的误差范围为20％。

6.如权利要求3所述的电压转换器，其中该参考电压产生模块用以根据该交流的操作电压的频率与相位产生一参考波形，并根据该参考波形以及该第二参考电压产生该第一参考电压，其中该参考波形的相位与该输入电压的相位相反，该参考波形的相位的误差范围为20％，该参考波形的频率与该输入电压的频率相同，该参考波形的频率的误差范围为20％，且参考波形与该输入电压的波形相同，该参考波形的波形的误差范围为20％。

7.如权利要求3所述的电压转换器，其中该参考电压产生模块包括：

一锁相回路，用以解析出该交流的操作电压的频率与相位；

一波形产生器，电性连接该锁相回路，用以根据解析出的该交流的操作电压的频率与相位，产生一参考波形，其中该参考波形的相位与该输入电压的相位相反，该参考波形的相位的误差范围为20％，该参考波形的频率与该输入电压的频率相同，该参考波形的频率的误差范围为20％，且参考波形与该输入电压的波形相同，该参考波形的波形误差范围为20％；

一振幅调整器，电性连接该波形产生器，用以调整该参考波形的振幅；以及

一加法器，电性连接该振幅调整器，用以加总该调整振幅后的参考波形以及该第二参考电压，以产生该第一参考电压。

8.如权利要求1所述的电压转换器，其中该电压转换器还包括：

一参考电压产生模块，用以接收一第二参考电压以及该输出电压，并用以根据该第二参考电压以及该输出电压产生该第一参考电压，其中该第二参考电压为直流电压。

9.如权利要求1所述的电压转换器，其中该第一参考电压由一直流参考电压及一交流电压所组成。

10.一种电压转换方法，包括：

通过一电压转换电路，根据一脉波宽度调制信号，将一输入电压转换为一输出电压；

将一第一参考电压减除该输出电压，以产生一反馈信号，其中该第一参考电压的一交流成分的相位与该输入电压的相位相反，该交流成分的相位的误差范围为20％；

根据该反馈信号产生一控制信号；以及

根据该控制信号产生该脉波宽度调制信号。

11.如权利要求10所述的电压转换方法，其中该第一参考电压的该交流成分的频率与该输入电压的频率相同，该交流成分的频率的误差范围为20％。

12.如权利要求10所述的电压转换方法，还包括：

根据一第二参考电压以及一交流的操作电压产生该第一参考电压，其中该第二参考电压为直流电压。

13.如权利要求12所述的电压转换方法，其中该输出电压的电压电平相应于该直流的第二参考电压的电压电平。

14.如权利要求12所述的电压转换方法，其中该交流的操作电压的相位与该输入电压的相位相同，该操作电压的相位的误差范围为20％，且该交流的操作电压的频率与该输入电压的频率相同，该操作电压的频率的误差范围为20％。

15.如权利要求12所述的电压转换方法，其中根据该第二参考电压以及该交流的操作电压产生该第一参考电压的步骤包括：

解析出该交流的操作电压的频率与相位；

根据解析出的该交流的操作电压的频率与相位，产生一参考波形，其中该参考波形的相位与该输入电压的相位相反，该参考波形的相位的误差范围为20％，该参考波形的频率与该输入电压的频率相同，该参考波形的频率的误差范围为20％，且参考波形与该输入电压的波形相同，该参考波形的波形误差范围为20％；

调整该参考波形的振幅；以及

加总该调整振幅后的参考波形以及该第二参考电压，以产生该第一参考电压。

16.如权利要求10所述的电压转换方法，还包括：

根据一第二参考电压以及以及该输出电压产生该第一参考电压，其中该第二参考电压为直流电压。

17.如权利要求10所述的电压转换方法，其中该第一参考电压由一直流参考电压及一交流电压所组成。