TW201306455A - 可改善暫態反應之電源供應器 - Google Patents

Abstract

電源供應器包含一電壓源；一開關，其第一端電連接於該電壓源，該開關係用來進行開啟及關閉以於該電源供應器之輸出端產生一輸出電壓；一分壓電路，電連接於該輸出端，用來根據該輸出電壓產生一回授電壓；一補償電路，電連接於該分壓電路，用來根據該回授電壓及一參考電壓產生一第一參考訊號；一訊號相加器，電連接於該分壓電路，用來將該回授電壓和一鋸齒波訊號相加以產生一第二參考訊號；及一控制電路，電連接於該補償電路及該訊號相加器，用來根據一時脈訊號、該第一參考訊號及該第二參考訊號控制該開關之開啟及關閉。

Description

可改善暫態反應之電源供應器

本發明係相關於一種電源供應器，尤指一種可根據回授電壓以改善暫態反應之電源供應器。

請同時參考第1圖及第2圖。第1圖為習知電源供應器100的示意圖，第2圖為第1圖電源供應器100之相關訊號的示意圖。以電流控制模式(current mode control)為例，習知(升壓)電源供應器100包含一電壓源Vin，一開關SW，一分壓電路110，一補償電路120，一感測器130，一訊號相加器140，及一控制電路150。開關SW之第一端係電連接於電壓源Vin，開關SW之第二端係電連接於一接地端，開關SW係用來進行開啟及關閉以於電源供應器100之輸出端產生一輸出電壓Vout。分壓電路110係電連接於電源供應器100之輸出端，用來根據輸出電壓Vout產生一回授電壓Vfb。補償電路120係電連接於分壓電路110，用來根據回授電壓Vfb及一參考電壓Vref產生一第一參考訊號VR1。感測器130係電連接於開關SW之第一端，用來根據流經開關SW之電流值產生一電壓感測訊號Vs。訊號相加器140係電連接於感測器130，用來將一鋸齒波訊號Vt和電壓感測訊號Vs相加以產生一第二參考訊號VR2。而控制電路150係電連接於補償電路120、訊號相加器140及開關SW，用來根據一時脈訊號osc、第一參考訊號VR1及第二參考訊號VR2產生一控制訊號Sc以控制開關SW之開啟及關閉。

藉由控制開關SW之開啟時間及關閉時間之比例(佔空比(Duty cycle))，電源供應器100可以輸出其所需之電壓。如第2圖所示，當時脈訊號osc到達一上升波緣時，控制電路150之控制訊號Sc會升高為高電位以開啟開關SW，而當第一參考訊號VR1及第二參考訊號VR2之電壓位準相同時，控制電路150之控制訊號Sc會降低為低電位以關閉開關SW。而電源供應器100可藉由升高或降低第一參考訊號VR1的電壓位準來調整佔空比。舉例來說，當電源供應器100之輸出端之負載增加時，回授電壓Vfb會降低，進而使補償電路120升高第一參考訊號VR1的電壓位準至VR1’，也因此延後開關SW之關閉時機，亦即增加佔空比以提高輸出電壓。反之亦然。

然而，習知電源供應器100之第一參考訊號VR1的反應速度較慢，當電源供應器100之負載突然發生變化時，第一參考訊號VR1只能逐漸地上升或下降，使得電源供應器100之輸出端之輸出電壓Vout因反應不及而產生如第3圖所示之過衝(overshoot)及下衝(undershoot)之擾動。進而於電源供應器100之輸出端產生較大的漣波(ripple)。

本發明提供一種可改善暫態反應之電源供應器，包含一電壓源，一開關，一分壓電路，一補償電路，一訊號相加器，及一控制電路。該開關之第一端係電連接於該電壓源，該開關係用來進行開啟及關閉以於該電源供應器之輸出端產生一輸出電壓。該分壓電路係電連接於該電源供應器之輸出端，用來根據該輸出電壓產生一回授電壓。該補償電路係電連接於該分壓電路，用來根據該回授電壓及一參考電壓產生一第一參考訊號。該訊號相加器係電連接於該分壓電路，用來將該回授電壓和一鋸齒波訊號相加以產生一第二參考訊號。該控制電路係電連接於該補償電路及該訊號相加器，用來根據一時脈訊號、該第一參考訊號及該第二參考訊號控制該開關之開啟及關閉。

相較於背景技術，本發明電源供應器係利用回授電壓來同時調整第一參考訊號及第二參考訊號，使電源供應器能根據負載變化而迅速反應，以減少輸出電壓之擾動幅度，進而改善電源供應器之暫態反應。

請同時參考第4圖及第5圖。第4圖為本發明電源供應器200的示意圖，第5圖為第4圖電源供應器200的電路示意圖。本發明電源供應器200包含一電壓源Vin，一開關SW，一分壓電路210，一補償電路220，一感測器230，一訊號相加器240，及一控制電路250。開關SW之第一端係電連接於電壓源Vin，可藉由一電感電連接於該電壓源。開關SW之第二端係電連接於一接地端，開關SW係用來進行開啟及關閉以於電源供應器200之輸出端產生一輸出電壓Vout。分壓電路210包含一第一電阻R1及一第二電阻R2，第一電阻R1之第一端係電連接於電源供應器200之輸出端，第一電阻R1之第二端係電連接於補償電路220。第二電阻R2之第一端係電連接於第一電阻R1之第二端，第二電阻R2之第二端係電連接於接地端。分壓電路210可根據輸出電壓Vout產生一回授電壓Vfb。補償電路220包含一運算放大器222，用來根據分壓電路210之回授電壓Vfb及一參考電壓Vref於運算放大器222之輸出端產生一第一參考訊號VR1。感測器230(例如一電阻R4)係電連接於開關SW之第一端，用來根據流經開關SW之電流值產生一電壓感測訊號Vs。訊號相加器240係電連接於感測器230及分壓電路210，用來將一鋸齒波訊號Vt、電壓感測訊號Vs及回授電壓Vfb相加以產生一第二參考訊號VR2。而控制電路250包含一比較電路252及一閂鎖電路254。比較電路252係用於比較第一參考訊號VR1及第二參考訊號VR2以產生一比較訊號。閂鎖電路254之設定端SET係用以接收一時脈訊號osc，閂鎖電路254之重置端RESET係電連接於比較電路252之輸出端，閂鎖電路254之輸出端Q係電連接於開關SW之控制端。控制電路250可根據時脈訊號osc、第一參考訊號VR1及第二參考訊號VR2產生一控制訊號Sc以控制開關SW之開啟及關閉。

第5圖之電路圖係本發明其中之一實施例，本發明電源供應器之電路配置並不以此為限。補償電路220可另包含一電阻R3及一電容C2用來調整第一參考訊號VR1。電源供應器200可另包含一電容C1電連接於電源供應器200之輸出端，用於穩定輸出電壓Vout。

請參考第6圖，並一併參考第5圖。第6圖為本發明電源供應器200之相關訊號的示意圖。當時脈訊號osc到達一上升波緣時，閂鎖電路254之輸出端Q之控制訊號Sc會升高為高電位以開啟開關SW，而當第一參考訊號VR1及第二參考訊號VR2之電壓位準相同時，比較電路252之比較訊號會重置閂鎖電路254，以使閂鎖電路254之輸出端Q之控制訊號Sc降為低電位以關閉開關SW。由於訊號相加器240係將鋸齒波訊號Vt、電壓感測訊號Vs及回授電壓Vfb相加以產生第二參考訊號VR2，因此當電源供應器200之負載突然發生變化時，除了第一參考訊號VR1之電壓位準會相對應地上升或下降以外，第二參考訊號VR2之電壓位準亦會相對應地上升或下降，以加快電源供應器200之反應速度。舉例來說，當電源供應器200之負載增加時，流經分壓電路210之電流減少，因此回授電壓Vfb會降低。回授電壓Vfb降低除了會使補償電路220之運算放大器222升高第一參考訊號VR1的電壓位準至VR1’外，也會使訊號相加器240產生之第二參考訊號VR2之電壓位準隨著回授電壓Vfb之降低而降低至VR2’，因此電源供應器200可迅速地增加佔空比以提供較大之輸出功率給負載，且佔空比增加幅度會較只調整第一參考訊號之佔空比增加的幅度大。相對地，當電源供應器200之負載減少時，流經分壓電路210之電流增加，因此回授電壓Vfb會升高。回授電壓Vfb升高除了會使補償電路220之運算放大器222降低第一參考訊號VR1的電壓位準外，也會使訊號相加器240產生之第二參考訊號VR2之電壓位準隨著回授電壓Vfb之升高而升高，因此電源供應器200可迅速地減少佔空比以提供較小之輸出功率給負載。

根據上述配置，當電源供應器200之負載突然發生變化時，第一參考訊號VR1及第二參考訊號VR2會相對應調整，以使電源供應器200之輸出功率可迅速反應，進而減少輸出電壓Vout之過衝及下衝之擾動幅度。

第5圖之電源供應器200係為一電流型(current mode)電源供應器，然而，本發明之電源供應器亦可以係為一電壓型(voltage mode)電源供應器。請參考第7圖，第7圖為本發明電源供應器之另一實施例的示意圖。如第7圖所示，電壓型電源供應器300不包含感測器230，電源供應器300之第二參考訊號VR2係由回授電壓Vfb和鋸齒波訊號Vt相加而成。由於電源供應器300和第5圖之電源供應器200之運作方法相似，因此不再多加說明。

另外，第5圖及第7圖之電源供應器係以升壓型(boost)電源供應器之架構為範例，本發明電源供應器亦可以係其他架構之電源供應器，例如降壓型(buck)電源供應器。

相較於背景技術，本發明電源供應器係利用回授電壓來同時調整第一參考訊號及第二參考訊號，使電源供應器能根據負載變化而迅速反應，以減少輸出電壓之擾動幅度，進而改善電源供應器之暫態反應。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100,200,300．．．電源供應器

110,210．．．分壓電路

120,220．．．補償電路

130,230．．．感測器

140,240．．．訊號相加器

150,250．．．控制電路

222．．．運算放大器

252．．．比較電路

254．．．閂鎖電路

C1,C2．．．電容

R1,R2,R3.R4．．．電阻

SW．．．開關

Vin．．．電壓源

Vout．．．輸出電壓

Vref．．．參考電壓

Vfb．．．回授電壓

osc．．．時脈訊號

VR1．．．第一參考訊號

VR2．．．第二參考訊號

Vt．．．鋸齒波訊號

Vs．．．電壓感測訊號

第1圖為習知電源供應器的示意圖。

第2圖為第1圖電源供應器之相關訊號的示意圖。

第3圖為第1圖電源供應器於負載變化時之輸出電壓的波形示意圖。

第4圖為本發明電源供應器的示意圖。

第5圖為第4圖電源供應器的電路示意圖。

第6圖為本發明電源供應器之相關訊號的示意圖。

第7圖為本發明電源供應器之另一實施例的示意圖。

200．．．電源供應器

210．．．分壓電路

220．．．補償電路

230．．．感測器

240．．．訊號相加器

250．．．控制電路

SW．．．開關

Vin．．．電壓源

Vout．．．輸出電壓

Vref．．．參考電壓

Vfb．．．回授電壓

osc．．．時脈訊號

VR1．．．第一參考訊號

VR2．．．第二參考訊號

Vt．．．鋸齒波訊號

Vs．．．電壓感測訊號

Claims (10)

1. 一種可改善暫態反應之電源供應器，包含：一電壓源；一開關，其第一端電連接於該電壓源，該開關係用來進行開啟及關閉使該電源供應器之輸出端產生一輸出電壓；一分壓電路，電連接於該電源供應器之輸出端，用來根據該輸出電壓產生一回授電壓；一補償電路，電連接於該分壓電路，用來根據該回授電壓及一參考電壓產生一第一參考訊號；一訊號相加器，電連接於該分壓電路，用來將該回授電壓和一鋸齒波訊號相加以產生一第二參考訊號；及一控制電路，電連接於該補償電路及該訊號相加器，用來根據一時脈訊號、該第一參考訊號及該第二參考訊號控制該開關之開啟及關閉。
2. 如請求項1所述之電源供應器，另包含一感測器，電連接於該開關之第一端，用來根據流經該開關之電流值產生一電壓感測訊號，其中該訊號相加器係電連接於該分壓電路及該感測器，除了將該回授電壓及該鋸齒波訊號相加外，另外相加該電壓感測訊號以產生該第二參考訊號。
3. 如請求項1所述之電源供應器，其中該控制電路係於該時脈訊號到達一上升波緣時開啟該開關，以及於該第一參考訊號及該第二參考訊號之電壓位準相同時關閉該開關。
4. 如請求項1所述之電源供應器，其中該開關之第一端藉由一電感電連接於該電壓源。
5. 如請求項4所述之電源供應器，其中該分壓電路包含：一第一電阻，其第一端電連接於該電源供應器之輸出端，第二端電連接於該補償電路；及一第二電阻，其第一端電連接於該第一電阻之第二端，第二端電連接於該接地端。
6. 如請求項4所述之電源供應器，其中補償電路包含：一運算放大器，用來根據該回授電壓及該參考電壓於該運算放大器之輸出端產生該第一參考訊號。
7. 如請求項6所述之電源供應器，其中補償電路另包含一電阻，電連接於該運算放大器之輸出端。
8. 如請求項1所述之電源供應器，其中該控制電路包含：一比較電路，用於比較該第一參考訊號及該第二參考訊號以產生一比較訊號；及一閂鎖電路，其設定端係用以接收該時脈訊號，重置端係電連接於該比較電路，用以接收該比較訊號，輸出端係電連接於該開關。
9. 如請求項1所述之電源供應器，另包含一電容，電連接於該電源供應器之輸出端。
10. 如請求項1所述之電源供應器，其係為一升壓型(boost)電源供應器或一降壓型(buck)電源供應器。