TW201611484A - 多相電源電路 - Google Patents

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Abstract

一種多相電源電路，包括複數電壓轉換單元、脈衝寬度調變信號產生單元及突波檢測電路。每一電壓轉換單元用於對輸入電壓進行電壓轉換並輸出一預設相位的驅動電壓。脈衝寬度調變信號產生單元用於輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號至複數電壓轉換單元，以使每一電壓轉換單元進行電壓轉換。突波檢測電路用於對輸入電壓進行採樣並與基準電壓進行比較，以輸出複數第一控制信號。脈衝寬度調變信號產生單元還用於在接收到複數第一控制信號時，暫停輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號。

Description

多相電源電路
本發明涉及多相電源電路，尤其涉及一種包括數位訊號處理器(Digital Signal Processor, DSP)的多相電源電路。
DSP多相電源是一種利用DSP來進行多路電壓轉換控制及即時監測轉換過程中的電壓、電流、溫度等資訊的智慧型電源。現有的DSP其內部AD轉換頻率一般為200kHZ，當待轉換的輸入電壓偶爾存在突波電壓時，由於AD轉換頻率不夠高，DSP電源來不及修正輸出電壓，將造成輸出電壓過高，進而頻繁觸發過壓保護。因此，設計一種能避免頻繁觸發過壓保護功能的多相電源電路成為一大研究課題。
有鑑於此，需提供一種多相電源電路，其能避免因突波電壓頻繁觸發過壓保護功能。
本發明實施方式提供一種多相電源電路，該多相電源電路包括電壓轉換電路、脈衝寬度調變信號產生單元及突波檢測電路。該電壓轉換電路包括複數電壓轉換單元，每一電壓轉換單元用於對輸入電壓進行電壓轉換並輸出一預設相位的驅動電壓。該脈衝寬度調變信號產生單元電連接於該等電壓轉換單元，用於輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號至該等電壓轉換單元，以使每一電壓轉換單元進行電壓轉換。該突波檢測電路電連接於該脈衝寬度調變信號產生單元及該等電壓轉換單元，用於對該輸入電壓進行採樣並與基準電壓進行比較，以輸出複數第一控制信號。其中，該脈衝寬度調變信號產生單元還用於在接收到該等第一控制信號時，暫停輸出該等不同相位的脈衝寬度調變信號。
優選地，該多相電源電路還包括控制單元，該控制單元用於對每一電壓轉換單元輸出的驅動電壓進行採樣，以對應輸出複數第二控制信號。
優選地，該脈衝寬度調變信號產生單元還用於根據該等第二控制信號來對應調節該等不同相位的脈衝寬度調變信號的佔空比，以調節每一電壓轉換單元輸出的驅動電壓。
優選地，該突波檢測電路還用於根據該等第二控制信號來輸出該等第一控制信號。
優選地，該突波檢測電路包括採樣單元、第一比較單元及複數第二比較單元。該採樣單元用於根據該輸入電壓輸出第一採樣電壓與第二採樣電壓。該第一比較單元用於在該基準電壓小於該第一採樣電壓時輸出比較結果，及在該基準電壓大於該第二採樣電壓時停止輸出該比較結果。每一第二比較單元用於比較該第二控制信號與該比較結果，以輸出該第一控制信號。其中該第一採樣電壓大於該第二採樣電壓。
優選地，該採樣單元包括第一電阻、第二電阻及第三電阻。該第一電阻一端電連接於該電壓轉換電路。該第二電阻一端電連接於該第一電阻的另一端。該第三電阻一端電連接於該第二電阻的另一端，另一端接地。
優選地，該第一比較單元包括偵測比較晶片、電子開關及第四電阻。該偵測比較晶片包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端，該第一輸入端及該第二輸入端用於分別偵測該第一採樣電壓與該第二採樣電壓，該第三輸入端用於接收該基準電壓。該電子開關包括控制端、第一端及第二端，該控制端電連接於該偵測比較晶片的輸出端，該第一端電連接於該等第二比較單元，該第二端接地。該第四電阻一端用於接收預設電壓，另一端電連接於該電子開關的第一端。
優選地，每一第二比較單元均包括比較器，該比較器的正向輸入端電連接於該控制單元，該比較器的反向輸入端電連接於該第一比較單元，該比較器的輸出端電連接於該脈衝寬度調變信號產生單元。
優選地，該多相電源電路還包括隔離單元，電連接於該脈衝寬度調變信號產生單元與該控制單元之間，用於隔離該脈衝寬度調變信號產生單元與該控制單元。
上述多相電源電路藉由對電壓轉換前的輸入電壓進行突波檢測，同時在偵測到突波時暫停電壓轉換，從而避免轉換後產生過高的驅動電壓，進而頻繁觸發多相電源電路的過壓保護功能，導致多相電源電路停止工作。
圖1為本發明多相電源電路一實施方式中的模組圖。
圖2為本發明多相電源電路另一實施方式中的模組圖。
圖3為本發明多相電源電路又一實施方式中的模組圖。
圖4為圖3中突波檢測電路一實施方式中的電路圖。
圖5為圖3中多相電源電路一實施方式中的電路圖。
圖1為本發明一實施方式中多相電源電路100的模組圖。在本實施方式中，多相電源電路100對輸入電壓Vin進行電壓轉換並輸出複數不同相位的驅動電壓Vout1、Vout2。多相電源電路100包括電壓轉換電路10、控制器12及突波檢測電路14。電壓轉換電路10包括複數電壓轉換單元102、104（本實施方式中，僅以二個為例，但是不以二個為限，可以包含少於或多於二個），每一電壓轉換單元102、104對輸入電壓Vin進行電壓轉換，以輸出不同相位的驅動電壓Vout1、Vout2。控制器12電連接於複數電壓轉換單元102、104，控制器12輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號至複數電壓轉換單元102、104，以使每一電壓轉換單元102、104進行電壓轉換。突波檢測電路14電連接於控制器12及複數電壓轉換單元102、104，突波檢測電路14對輸入電壓Vin進行採樣並與基準電壓Vref進行比較，以輸出複數第一控制信號。控制器12還用於在接收到突波檢測電路14輸出的複數第一控制信號，暫停輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號，從而實現在突波檢測電路14檢測到輸入電壓Vin波形在某一時刻存在瞬間突波電壓時，控制器12暫停輸出脈衝寬度調變信號，避免電壓轉換電路10在該時刻輸出過高的驅動電壓，進而觸發多相電源電路100的過壓保護功能，導致多相電源電路100停止工作。同時，當該時刻過後，突波檢測電路14未檢測瞬間突波電壓時，突波檢測電路14停止輸出複數第一控制信號，此時，控制器12因未接收到第一控制信號而正常輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號，從而使得電壓轉換電路10恢復電壓轉換。
需要注意的是，在本實施方式中，由於是以2個電壓轉換單元102、104為例，故電壓轉換單元102、104輸出的驅動電壓Vout1、Vout2的相位差為(360/2)=180°，同理可知，若電壓轉換電路10包括三個電壓轉換單元時，則每一電壓轉換單元輸出的驅動電壓的相位差應為(360/3)=120°。
在本實施方式中，控制器12可以是數位訊號處理器(DSP)，藉由DSP來實現電壓採樣、溫度偵測、過流偵測及產生脈衝寬度調變信號等功能。在本發明的其他實施方式中，控制器12也可以是其他能將這些功能集於一身的控制晶片，如中央處理器(CPU)。
圖2為本發明另一實施方式中多相電源電路100a的模組圖。在本實施方式中，多相電源電路100a與圖1中的多相電源電路100不同之處在於，多相電源電路100a還包括電磁干擾濾波電路16、浪湧保護電路18及隔離單元20，控制器12還包括控制單元122及脈衝寬度調變信號產生單元124。電磁干擾濾波電路16用於濾除輸入電壓Vin中的電磁干擾信號。浪湧保護電路18電連接於電磁干擾濾波電路16，浪湧保護電路18用於濾除雷擊或其他情形時所產生的突波電壓。隔離單元20電連接於脈衝寬度調變信號產生單元124與控制單元122之間，隔離單元20用來隔離脈衝寬度調變信號產生單元124與控制單元122，從而使得多相電源電路100a的高壓側與低壓側相隔離。控制單元122對每一電壓轉換單元102、104輸出的驅動電壓Vout1、Vout2進行採樣，以根據複數驅動電壓Vout1、Vout2對應輸出複數第二控制信號。脈衝寬度調變信號產生單元124產生複數不同相位的脈衝寬度調變信號並一一對應輸出至複數電壓轉換單元102、104，從而來控制每一電壓轉換單元102、104進行電壓轉換。脈衝寬度調變信號產生單元124還根據控制單元122輸出的複數第二控制信號來對應調節輸出的複數脈衝寬度調變信號的佔空比，以微調節每一電壓轉換單元102、104輸出的驅動電壓Vout1、Vout2，從而使得每一電壓轉換單元102、104能夠輸出穩定的驅動電壓Vout1、Vout2。
在本實施方式中，脈衝寬度調變信號產生單元124還用於在接收到突波檢測電路14輸出的複數第一控制信號時，暫停輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號，從而實現在檢測到輸入電壓Vin波形在某一時刻存在瞬間突波電壓時，控制電壓轉換電路10暫停電壓轉換，避免電壓轉換電路10在該時刻輸出過高的驅動電壓Vout1、Vout2。
需要注意的是，雖然浪湧保護電路18可以用來濾除雷擊或其他情形時所產生的突波電壓，但經過浪湧保護電路18進行處理後，其輸出至電壓轉換電路10的輸入電壓Vin偶爾還是會存在瞬間突波電壓。多相電源電路100a即藉由突波檢測電路14來檢測浪湧保護電路18未濾除掉的瞬間突波電壓，由於多相電源電路100a的電壓轉換頻率較高，其電壓轉換頻率可達1秒千次以上，同時輸入電壓Vin波形中存在瞬間突波電壓時刻較短，此時刻即使每一電壓轉換單元102、104未能接收到脈衝寬度調變信號，亦不影響其輸出的驅動電壓Vout1、Vout2給待供電設備(圖未示)供電。
在本實施方式中，突波檢測電路14輸出的第一控制信號的數量、控制單元122輸出的第二控制信號的數量及脈衝寬度調變信號產生單元124輸出的脈衝寬度調變信號數量均等於電壓轉換單元102、104的數量
圖3為本發明另一實施方式中多相電源電路100b的模組圖。在本實施方式中，多相電源電路100b與圖2中的多相電源電路100a基本相同，不同之處在於，隔離單元20電連接於突波檢測電路14a與控制單元122之間，突波檢測電路14a還根據複數第二控制信號來輸出複數第一控制信號。當突波檢測電路14a未檢測到輸入電壓Vin存在瞬間突波電壓時，突波檢測電路14a將控制單元122輸出的複數第二控制信號傳送至脈衝寬度調變信號產生單元124，脈衝寬度調變信號產生單元124根據複數第二控制信號來對應調節輸出的脈衝寬度調變信號的佔空比，以微調節每一電壓轉換單元102、104輸出的驅動電壓Vout1、Vout2。當突波檢測電路14a檢測到輸入電壓Vin存在瞬間突波電壓時，突波檢測電路14a根據採樣後的輸入電壓Vin與基準電壓Vref所比較的比較結果，及控制單元122輸出的複數第二控制信號來產生並輸出複數第一控制信號。脈衝寬度調變信號產生單元124在接收到複數第一控制信號時，暫停輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號。
圖4為本發明一實施方式中突波檢測電路14b的電路圖。在本實施方式中，突波檢測電路14b包括採樣單元142、第一比較單元144及複數第二比較單元146a、146b。採樣單元142對輸入電壓Vin進行採樣並輸出第一採樣電壓與第二採樣電壓。採樣單元142包括第一電阻R1、第二電阻R2、第三電阻R3。第一電阻R1的一端電連接於電壓轉換電路10，第一電阻R1的另一端電連接於第二電阻R2的一端，第二電阻R2的另一端電連接於第三電阻R3的一端，第三電阻R3的另一端接地。採樣單元142可以藉由調整第一電阻R1、第二電阻R2及第三電阻R3的阻值來調整輸出的第一採樣電壓與第二採樣電壓的電壓值。第一比較單元144包括偵測比較晶片U1、電子開關Q1及第四電阻R4。偵測比較晶片U1包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端，偵測比較晶片U1的第一輸入端電連接於第一電阻R1與第二電阻R2的公共端以接收第一採樣電壓，偵測比較晶片U1的第二輸入端電連接於第二電阻R2與第三電阻R3的公共端以接收第二採樣電壓，偵測比較晶片U1的第三輸入端接收基準電壓Vref。電子開關Q1包括控制端、第一端及第二端，電子開關Q1的控制端電連接於偵測比較晶片U1的輸出端，電子開關Q1的第一端電連接於複數第二比較單元146a、146b，電子開關Q1的第二端接地。第四電阻R4一端接收預設電壓VCC，另一端電連接於電子開關Q1的第一端。第一比較單元144藉由偵測比較晶片U1來偵測第一採樣電壓與第二採樣電壓，並在基準電壓Vref小於第一採樣電壓時藉由電子開關Q1來輸出比較結果，及在基準電壓Vref大於第二採樣電壓時藉由電子開關Q1來停止輸出比較結果。在本實施方式中，第一採樣電壓值大於第二採樣電壓值。預設電壓VCC可以是3.3V的直流電壓。
每一第二比較單元146a、146b均包括一比較器OP1。每一第二比較單元146a、146b的電路原理圖均相同，以下僅以第二比較單元146a為例。比較器OP1包括正向輸入端、反向輸入端及輸出端。比較器OP1的正向輸入端電連接於隔離單元20，比較器OP1的反向輸入端電連接於電子開關Q1的第一端，比較器OP1的輸出端電連接於脈衝寬度調變信號產生單元124。每一第二比較單元146a、146b比較隔離單元20傳送的第二控制信號與第一比較單元144輸出的比較結果，以輸出第一控制信號。在本實施方式中，第二控制信號為高電平信號，第一控制信號為低電平信號，第一比較單元144輸出的比較結果的電平大於第二控制信號的電平。當比較器OP1的反向輸入端未接收到比較結果時，即此時突波檢測電路14b未檢測到瞬間突波電壓，比較器OP1輸出高電平信號。當比較器OP1的反向輸入端接收到比較結果時，即此時突波檢測電路14b檢測到輸入電壓Vin存在瞬間突波電壓，比較器OP1輸出低電平信號。
在本實施方式中，電子開關Q1可以是NPN三極管，也可以是N溝道場效應電晶體。
圖5為本發明一實施方式中多相電源電路100c的電路圖。在本實施方式中，電磁干擾濾波電路16及浪湧保護電路18可以利用現有技術的電路架構來實現，故此不再詳述。電壓轉換電路10包括複數電壓轉換單元102、104，每一電壓轉換單元102、104的電路原理圖均相同，故以下僅以電壓轉換單元102為例進行說明。電壓轉換單元102包括變壓器TI、開關管Q2、第五電阻R5、第一二極體D1、第一電容C1及第二電容C2。變壓器T1包括第一輸入端、第二輸入端、第一輸出端及第二輸出端。變壓器T1的第一輸入端電連接於浪湧保護電路18及第一電阻R1的一端，變壓器T1的第一輸出端電連接於第一二極體D1的正極，變壓器T1的第二輸出端接地。第一二極體D1的負極電連接於第一電容C1的一端，第一電容C1的另一端接地。第二電容C2與第一電容C1並聯連接。開關管Q2包括第一端、第二端及控制端。開關管Q2的第一端電連接於變壓器T1的第二輸入端，開關管Q2的第二端接地，開關管Q2的控制端電連接於脈衝寬度調變信號產生單元124。電壓轉換單元102藉由接收脈衝寬度調變信號產生單元124輸出的脈衝寬度調變信號來控制開關管Q2的導通與斷開，以實現電壓轉換。第一二極體D1、第一電容C1及第二電容C2對變壓器T1輸出的驅動電壓進行整流濾波。在本實施方式中，開關管Q2可以是N溝道場效應電晶體。
在本實施方式中，突波檢測電路14c與圖4中的突波檢測電路14b基本相同。不同之處僅在於，突波檢測電路14c還包括穩壓管Z1，突波檢測電路14c藉由穩壓管Z1來避免偵測比較晶片U1不會因為瞬間突波電壓的電壓值過高而損壞。
隔離單元20包括複數光耦感測器Q3、Q4。每一光耦感測器Q3、Q4將控制單元122輸出的第二控制信號傳送至每一第二比較單元146a、146b。光耦感測器Q3、Q4的輸入端均電連接於控制單元122，光耦感測器Q3、Q4的第一輸出端一一對應電連接於每一比較器OP1的正向輸入端，光耦感測器Q3、Q4的第二輸出端均接地。在本實施方式中，光耦感測器Q3、Q4的數量與第二比較單元146a、146b的數量相同。多相電源電路100c藉由複數光耦感測器Q3、Q4來實現其高壓側與低壓側相隔離，以滿足安規標準。
上述多相電源電路藉由對電壓轉換前的輸入電壓進行突波檢測，同時在偵測到突波時暫停電壓轉換，從而避免轉換後產生過高的驅動電壓，進而頻繁觸發多相電源電路的過壓保護功能，導致多相電源電路停止工作。
100、100a、100b、100c‧‧‧多相電源電路
10‧‧‧電壓轉換電路
102、104‧‧‧電壓轉換單元
12‧‧‧控制器
122‧‧‧控制單元
124‧‧‧脈衝寬度調變信號產生單元
14、14a、14b、14c‧‧‧突波檢測電路
142‧‧‧採樣單元
144‧‧‧第一比較單元
146a、146b‧‧‧第二比較單元
16‧‧‧電磁干擾濾波電路
18‧‧‧浪湧保護電路
20‧‧‧隔離單元
R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧第一至第五電阻
C1、C2‧‧‧第一至第二電容
Q1‧‧‧電子開關
U1‧‧‧偵測比較晶片
OP1‧‧‧比較器
T1‧‧‧變壓器
D1‧‧‧二極體
Q2‧‧‧開關管
Q3、Q4‧‧‧光耦感測器
Z1‧‧‧穩壓管
Vref‧‧‧基準電壓
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout1、Vout2‧‧‧驅動電壓
VCC‧‧‧預設電壓
無
100‧‧‧多相電源電路
10‧‧‧電壓轉換電路
102、104‧‧‧電壓轉換單元
12‧‧‧控制器
14‧‧‧突波檢測電路
Vin‧‧‧輸入電壓
Vout1、Vout2‧‧‧驅動電壓

Claims (9)

  1. 一種多相電源電路，包括：
    電壓轉換電路，包括複數電壓轉換單元，每一電壓轉換單元用於對輸入電壓進行電壓轉換並輸出一預設相位的驅動電壓；
    脈衝寬度調變信號產生單元，電連接於該等電壓轉換單元，用於輸出複數不同相位的脈衝寬度調變信號至該等電壓轉換單元，以使每一電壓轉換單元進行電壓轉換；及
    突波檢測電路，電連接於該脈衝寬度調變信號產生單元及該等電壓轉換單元，用於對該輸入電壓進行採樣並與基準電壓進行比較，以輸出複數第一控制信號；
    其中，該脈衝寬度調變信號產生單元還用於在接收到該等第一控制信號時，暫停輸出該等不同相位的脈衝寬度調變信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之多相電源電路，還包括控制單元，用於對每一電壓轉換單元輸出的驅動電壓進行採樣，以對應輸出複數第二控制信號。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之多相電源電路，其中該脈衝寬度調變信號產生單元還用於根據該等第二控制信號來對應調節該等不同相位的脈衝寬度調變信號的佔空比，以調節每一電壓轉換單元輸出的驅動電壓。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之多相電源電路，其中該突波檢測電路還用於根據該等第二控制信號來輸出該等第一控制信號。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之多相電源電路，其中該突波檢測電路包括：
    採樣單元，用於根據該輸入電壓輸出第一採樣電壓與第二採樣電壓；
    第一比較單元，用於在該基準電壓小於該第一採樣電壓時輸出比較結果，及在該基準電壓大於該第二採樣電壓時停止輸出該比較結果；及
    複數第二比較單元，每一第二比較單元用於比較該第二控制信號與該比較結果，以輸出該第一控制信號；
    其中，該第一採樣電壓大於該第二採樣電壓。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之多相電源電路，其中該採樣單元包括：
    第一電阻，一端電連接於該電壓轉換電路；
    第二電阻，一端電連接於該第一電阻的另一端；及
    第三電阻，一端電連接於該第二電阻的另一端，另一端接地。
  7. 如申請專利範圍第5項所述之多相電源電路，其中該第一比較單元包括：
    偵測比較晶片，包括第一輸入端、第二輸入端、第三輸入端及輸出端，該第一輸入端及該第二輸入端用於分別偵測該第一採樣電壓與該第二採樣電壓，該第三輸入端用於接收該基準電壓；
    電子開關，包括控制端、第一端及第二端，該控制端電連接於該偵測比較晶片的輸出端，該第一端電連接於該等第二比較單元，該第二端接地；及
    第四電阻，一端用於接收預設電壓，另一端電連接於該電子開關的第一端。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之多相電源電路，其中每一第二比較單元均包括比較器，該比較器的正向輸入端電連接於該控制單元，該比較器的反向輸入端電連接於該第一比較單元，該比較器的輸出端電連接於該脈衝寬度調變信號產生單元。
  9. 如申請專利範圍第2項所述之多相電源電路，還包括隔離單元，電連接於該脈衝寬度調變信號產生單元與該控制單元之間，用於隔離該脈衝寬度調變信號產生單元與該控制單元。
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