CN109839977B - 切换式电源装置的控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种切换式电源装置的控制方法，所述的控制方法具有：利用一脉冲调制信号控制一切换式电源装置；测量此切换式电源装置的一输出信号；将此输出信号、一比较信号与一调制增益进行乘除运算产生一参考输入信号；依据参考输入信号调整脉冲调制信号的一占空比。

Description

切换式电源装置的控制方法

技术领域

本发明是关于一种切换式电源装置(switching power supply apparatus)的控制方法，特别是一种依据切换式电源装置的输出信号进行控制的控制方法。

背景技术

随着科技的进步，目前大部分的设备与设施都需要用电。其中一些特殊的设备或是设施往往会需要相应规格的电源。举例来说，数据中心(data center)需要耗费大量的电能。因此，为了节能，现今的数据中心往往采用直接由高压电塔取用能量的架构设计，以避免经过层层能量转换而增加损耗。

在高压电源的电源转换领域中，输入串联输出并联(Input Series OutputParallel,ISOP)的架构是目前常用于以多个电源供应器一并供电的架构。但是，当架构中的其中一电源供应器的输入信号或输出信号有所偏移时，往往也会连带影响其他电源供应器的输出信号，造成整体系统输出失准，甚至有可能造成后续设备损坏，或是造成危险。

发明内容

本发明在于提供一种切换式电源装置的控制方法，以保持电源供应器的输出稳定。

本发明公开了一种切换式电源装置的控制方法，所述的控制方法具有：利用一脉冲调制信号控制一切换式电源装置；测量此切换式电源装置的一输出信号；将此输出信号、一比较信号与一调制增益进行乘除运算产生一参考输入信号；依据参考输入信号调整脉冲调制信号的一占空比。

以上关于本发明内容的说明及以下实施方式的说明用以示范与解释本发明的原理，并且提供本发明的权利要求保护范围更进一步的解释。

附图说明

图1为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的控制方法的方法流程图。

图2为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的功能方块图。

图3为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的控制方法的部分方法流程图。

图4A为根据本发明另一实施例所绘示的切换式电源装置的部分元件的功能方块示意图。

图4B为根据本发明另一实施例所绘示的切换式电源装置的部分元件的功能方块示意图。

图5为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的功能方块示意图。

图6为根据本发明一实施例所绘示的输入串联输出并联架构的功能方块示意图。

图7为根据本发明又一实施例所绘示的切换式电源装置的控制方法的方法流程图。

其中，附图标记：

10、10_1～10_N 切换式电源装置

Io1～IoN 电流

Vcom 比较信号

Vi 输入信号

Vi1～ViN 输入分压

Vin 输入电压

Vinc 参考输入信号

VL 负载信号

Vo 输出信号

Vo1～VoN 电压

Voc 参考输出信号

具体实施方式

以下在实施方式中详细叙述本发明的详细特征以及优点，其内容足以使任何本领域的技术人员了解本发明的技术内容并据以实施，且根据本说明书所公开的内容、权利要求保护范围及附图，任何本领域的技术人员可轻易地理解本发明相关的目的及优点。以下的实施例进一步详细说明本发明的观点，但非以任何观点限制本发明的范畴。

请参照图1，图1为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的控制方法的方法流程图。在步骤S101中，利用一脉冲调制信号控制一切换式电源装置。在步骤S103中，测量此切换式电源装置的一输出信号。在步骤S105中，将此输出信号、一比较信号与一调制增益进行乘除运算产生一参考输入信号。在步骤S107中，依据参考输入信号调整脉冲调制信号的一占空比。

请接着参照图2，图2为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的功能方块图。切换式电源装置10依据图1的控制方法，将输出信号Vo、比较信号Vcom与调制增益进行乘除运算产生参考输入信号Vinc，切换式电源装置10不需要测量输入信号Vi，切换式电源装置10依据参考输入信号Vinc与比较信号Vcom产生输出信号Vo。比较信号Vcom关联于输出信号Vo。切换式电源装置10例如根据对比较信号Vcom与一连续三角波进行比较以产生一或多个脉冲调制信号。所述的脉冲调制信号用以控制切换式电源装置10中的多个开关。产生脉冲调制信号与以脉冲调制信号控制切换式电源装置的相关细节在此不予赘述。

请再接着参照图3以对切换式电源装置的控制方法进行更具体的说明，图3为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的控制方法的部分方法流程图。于步骤S201中，将所述的参考输入信号Vinc进行线性转换产生一参考输出信号Voc。于步骤S203中，补偿所述的参考输出信号Voc与该输出信号Vo的差值以调整所述的比较信号Vcom。于步骤S205中，将所述的比较信号Vcom与一调制增益进行乘法运算以产生所述的脉冲调制信号的占空比。

请接着参照图4A与4B，图4A为根据本发明另一实施例所绘示的切换式电源装置的部分元件的功能方块示意图，图4B为根据本发明另一实施例所绘示的切换式电源装置的部分元件的功能方块示意图。如图4A所示，输出信号Vo与比较信号Vcom被进行除法运算，以取得输出信号Vo的信号值与比较信号Vcom的信号值相除的结果。然后，此相除的结果被乘上调制增益倒数而形成参考输入信号Vinc。在一实施例中，切换式电源装置10例如具有一变压器，则在进行参考输入信号的运算时，需将变压器的匝数比一起进行运算，也就是将输出信号、比较信号、调制增益与变压器的匝数比进行除法运算产生参考输入信号。

前述的参考输入信号Vinc进行线性转换例如是对参考输入信号Vinc乘上一个倍率，之后再以所述参考输入信号Vinc乘上倍率之后的结果加上一个偏压值。从一个角度来说，参考输入信号Vinc例如是由输出信号换算而近似于理想输入信号的一个参考信号。而经由前述的线性转换，参考输入信号Vinc被转换为参考输出信号Voc。从另一个角度来说，参考输出信号Voc可以说是由参考输入信号Vinc换算得到的理想输出信号。因此，藉由比较参考输出信号Voc与输出信号Vo，在对此比较结果进行补偿形成比较信号Vcom，即可据以调整或是产生前述的脉冲调制信号的占空比。

请一并参照图5以综合切换式电源装置及所述的控制方法进行说明，图5为根据本发明一实施例所绘示的切换式电源装置的功能方块示意图。如图5所示，切换式电源装置10不需要测量输入信号Vi，切换式电源装置10依据参考输入信号Vinc、比较信号Vcom产生输出信号Vo。输出信号Vo如前述地经由除法运算与调制增益而形成参考输入信号Vinc，参考输入信号Vinc再经由线性转换而形成参考输出信号Voc。如前述地，参考输入信号Vinc为理想输入信号，而对参考输入信号Vinc进行线性转换即可取得理想输出信号Voc(参考输出信号)以与实际的输出信号Vo进行比较。而于实务上，调制增益与比较信号Vcom的乘积为切换式电源装置10当前的占空比的函数。换句话说，用户可依据这些系统参数的物理意义而依据实际所需于系统层面或是电路层面对各个步骤进行调校。所述的系统参数例如前述的调制增益、匝数比或当前的(待调整的)比较信号Vcom。

在此实施例中，参考输出信号Voc与输出信号Vo相减后的差值经过补偿后即为前述的比较信号Vcom。此时的比较信号Vcom被提供至切换式电源装置10以进行相关控制，且此时比较信号Vcom更被用以进行下一次的除法运算。所述的补偿例如是藉由滤波器对参考输出信号Voc与输出信号Vo相减后的差值进行处理，在此并不限制如何进行补偿。

在此实施例中以图5进行说明。但需说明的是，于实务上，所述的除法运算、调制增益、线性转换与补偿等相关步骤可以实作于切换式电源装置10之内或之外。换句话说，于实务上可由切换式电源装置10来进行上述的方法步骤，或者，也可由切换式电源装置外部的相关装置电路来进行上述的方法步骤。上述仅为举例示范，实际上并不以此为限。

此外，本发明提供了另一种切换式电源装置的控制方法，以控制采用输入串联输出并联(input series output parallel)架构的多个切换式电源装置。请参照图6，图6为根据本发明一实施例所绘示的输入串联输出并联架构的功能方块示意图。基于图6的架构，为明确示意，在此以电压信号进行说明，然所属技术领域具有通常知识的技术人员经详阅本说明书之后当可理解，经适当的调整之后，各信号也可以是电流信号。

如图6所示，切换式电源装置10_1～10_N的各个输入端分别用以接收输入分压Vi1～ViN。在此实施例中，输入分压Vi1～ViN为电压信号，输入分压Vi1～ViN由输入电压Vin分压而成。但于实务上，初始输入电压Vin也可以是电流信号，在此并不加以限制。切换式电源装置10_1～10_N分别依据输入分压Vi1～ViN产生多个输出信号。这些输出信号被提供给负载RL。于图6中，负载RL被简化成一等效电阻以使相关叙述简明易懂，但并非真的指负载只能是一电阻。每一输出信号具有各自的电压Vo1～VoN与电流Io1～IoN。于一实施例中，理想上，电压Vo1～VoN彼此相等。

请再参照图7以说明如何控制输入串联输出并联的多个切换式电源装置，图7为根据本发明又一实施例所绘示的切换式电源装置的控制方法的方法流程图。于步骤S301中，将多个切换式电源装置的输入端串联且输出端并联连接。于步骤S303中，每一切换式电源装置分别由一脉冲调制信号控制。于步骤S305中，测量每一切换式电源装置的一输出信号。于步骤S307中，将每一切换式电源装置的输出信号与一比较信号、一调制增益进行乘除运算产生每一切换式电源装置的一参考输入信号。于步骤S309中，依据每一切换式电源装置的参考输入信号调整每一切换式电源装置的脉冲调制信号。

由于切换式电源装置10_1～10_N的输出端彼此并联，因此电压Vo1～VoN理想上都会相同于负载电压VL。因此，在一实施例中，所述的方法如前述地依据负载电压VL产生参考输入信号(如前述的参考输入信号Vinc)，并如前述地依据参考输入信号来控制各个切换式电源装置10_1～10_N。相关控制细节如前述，所属技术领域具有通常知识的技术人员当可从前述说明中推得如何依据参考输入信号来控制各个切换式电源装置10_1～10_N，于此不再赘述。在此实施例中，由于只要以负载电压VL进行一次运算即可控制切换式电源装置10_1～10_N，而能在付出少量的额外运算量的情况下避免切换式电源装置10_1～10_N的输出偏移。

但是，在实务上，即使切换式电源装置10_1～10_N的输出端彼此并联，基于实际的物理情况，各输出信号的电压Vo1～VoN之间还是有可能存在微小的偏差。因此，在另一实施例中，所述的方法为侦测电压Vo1～VoN并分别依据电压Vo1～VoN产生不同的参考输入信号，再依据这些不同的参考输入信号来控制切换式电源装置10_1～10_N。藉此，得以确实依据各切换式电源装置10_1～10_N实际的输出信号来分别反馈控制切换式电源装置10_1～10_N，而得以实现更加精准的反馈控制，并确实避免切换式电源装置10_1～10_N的输出偏移。

综合以上所述，本发明提供了一种切换式电源装置的控制方法，所述的切换式电源装置的控制方法依据切换式电源装置的输出信号来对切换式电源装置来进行控制。除了可以避免切换式电源装置的输出偏移之外，切换式电源装置的输出信号的相关信息较容易取得，因此得以避免增设额外的传感器于切换式电源装置。而且，量测信号必然多少会有误差，藉由输出信号进行控制也进一步地避免了使用多个量测信号时所造成的失准。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种切换式电源装置的控制方法，其特征在于，该方法包括：

利用一脉冲调制信号控制一切换式电源装置；

测量该切换式电源装置的一输出信号；

将该输出信号、一比较信号与一调制增益进行乘除运算产生一参考输入信号；以及

依据该参考输入信号调整该脉冲调制信号，

其中，将该输出信号、该比较信号与该调制增益进行乘除运算产生该参考输入信号包括：将该输出信号与该比较信号进行除法运算，以取得该输出信号的信号值与该比较信号的信号值相除的一相除结果，并将该相除结果乘上该调制增益的倒数以产生该参考输入信号，

其中，依据该参考输入信号调整该脉冲调制信号的步骤中，包括：将该参考输入信号进行线性转换产生一参考输出信号；补偿该参考输出信号与该输出信号的差值以调整该比较信号；以及将该比较信号与该调制增益进行乘除运算以产生该脉冲调制信号的一占空比。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，将该参考输入信号进行线性转换产生该参考输出信号的步骤中，包括将该参考输入信号乘上一倍率再加上一偏移值以形成该参考输出信号。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，补偿该参考输出信号与该输出信号的差值以调整该比较信号的步骤中，包括将该参考输出信号与该输出信号的差值通过一滤波器产生该比较信号。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，该切换式电源装置包括一变压器，将该输出信号、该比较信号与该调制增益进行乘除运算产生该参考输入信号更包括将该输出信号、该比较信号、该调制增益进与该变压器的匝数比进行乘除运算产生该参考输入信号。

5.一种切换式电源装置的控制方法，其特征在于，该方法包括：

将多个切换式电源装置的输入端串联且输出端并联连接；

每一切换式电源装置分别由一脉冲调制信号控制；

测量每一切换式电源装置的一输出信号；

将每一切换式电源装置的该输出信号与一比较信号、一调制增益进行乘除运算产生每一切换式电源装置的一参考输入信号；

依据每一切换式电源装置的该参考输入信号调整每一切换式电源装置的该脉冲调制信号，

其中，将每一切换式电源装置的该输出信号与该比较信号、该调制增益进行乘除运算产生每一切换式电源装置的该参考输入信号包括：将该输出信号与该比较信号进行除法运算，以取得该输出信号的信号值与该比较信号的信号值相除的一相除结果，并将该相除结果乘上该调制增益的倒数以产生该参考输入信号，

其中，依据每一切换式电源装置的该参考输入信号调整每一切换式电源装置的该脉冲调制信号的步骤中，包括：将每一切换式电源装置的该参考输入信号进行线性转换产生每一切换式电源装置的一参考输出信号；补偿每一切换式电源装置的该参考输出信号与该输出信号的差值以产生每一切换式电源装置的该比较信号；以及将每一切换式电源装置的该比较信号与该调制增益进行乘除运算以产生每一切换式电源装置的该脉冲调制信号的一占空比。

6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，将每一切换式电源装置的该参考输入信号进行线性转换产生每一切换式电源装置的该参考输出信号的步骤中，包括将每一切换式电源装置的该参考输入信号乘上一倍率再加上一偏移值以形成每一切换式电源装置的该参考输出信号。

7.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，补偿每一切换式电源装置的该参考输出信号与该输出信号的差值以调整每一切换式电源装置的该比较信号的步骤中，包括将每一切换式电源装置的该参考输出信号与该输出信号的差值通过一滤波器产生每一切换式电源装置的该比较信号。

8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，每一切换式电源装置包括一变压器，将每一切换式电源装置的该输出信号、该比较信号与该调制增益进行乘除运算产生每一切换式电源装置的该参考输入信号更包括将每一切换式电源装置的该输出信号、该比较信号、该调制增益与该变压器的匝数比进行乘除运算产生每一切换式电源装置的该参考输入信号。

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